JP2019196013A - Disposal of waste material for 3d printing - Google Patents

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Abstract

To provide a method and system for disposal of waste materials in 3D printing or additive manufacturing.SOLUTION: There is provided an additive manufacturing apparatus that generates a waste ink in a process of additive manufacturing, comprising: a waste ink collection device configured to recover the waste ink from an additive manufacturing location; and a waste ink curing device configured to cure the waste ink after collection.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、一部の実施形態では、3D印刷または付加製造(additive manufacture)における廃棄物処理のための方法および装置に関し、さらに詳しくは、環境的に安全である廃棄物処理の方法に関するが、それに限定されない。   The present invention relates in some embodiments to a method and apparatus for waste treatment in 3D printing or additive manufacture, and more particularly to a method of waste treatment that is environmentally safe, It is not limited to it.

別名を付加製造として知られる3D印刷は、この20年間に開発されかつ改善されてきた技術であり、今では工業用途に実用的かつ有用である。3D印刷は、材料を1層ずつ付加していくことによってボトムアップで単位物体を構築するものであり、こうして無類の複雑な形状を持つ独特な個々の部品を形成することができる。   3D printing, also known as add-on manufacturing, is a technology that has been developed and improved over the last 20 years and is now practical and useful for industrial applications. 3D printing builds unit objects from the bottom up by adding materials one layer at a time, thus making it possible to form unique individual parts with unmatched complex shapes.

3D印刷は、液状のときにノズルを用いて噴射されて層を形成する特殊なインクまたは樹脂を用いて実行され、次いで層はローラによって圧延されて平滑な形状に形成され、圧延に続いて、層は、インクを凝固するLED光を用いて硬化される。   3D printing is performed using a special ink or resin that is jetted using a nozzle to form a layer when in liquid form, and then the layer is rolled by a roller to form a smooth shape, followed by rolling, The layer is cured using LED light that solidifies the ink.

ローラはかなりの量の廃棄物を発生させ、それは元の噴射動作のインク量の約10〜30%である。さらなる廃インクは、ヘッドをパージしたり残留インクを吐出させたりするなどのヘッド保守手順によって発生する。液状廃樹脂は有害物質とみなされており、適切に貯蔵しかつ処理することが要求される。言うまでもないが、使用後に液状のインクの約30%を除去することは、プリンタの動作上かなりの負担であり、かつ環境に優しい処理は高額の費用がかかる。   The roller generates a significant amount of waste, which is about 10-30% of the original jetting ink volume. Further waste ink is generated by a head maintenance procedure such as purging the head or ejecting residual ink. Liquid waste resin is considered a hazardous substance and requires proper storage and processing. Needless to say, removing about 30% of the liquid ink after use is a significant burden on the operation of the printer, and environmentally friendly processing is expensive.

現在、廃棄物は回収されて使い捨て容器内に圧送され、容器は満杯になると処分施設に移送される。施設は廃棄物を処理し、それを適切な方法で廃棄する。   Currently, waste is collected and pumped into a disposable container that is transported to a disposal facility when the container is full. The facility disposes of waste and disposes of it appropriately.

本実施形態の目的は、未使用の液状樹脂の安全な廃棄の必要性を除去することによって、先行技術の問題を解決することである。   The purpose of this embodiment is to solve the problems of the prior art by eliminating the need for safe disposal of unused liquid resin.

未使用の液状樹脂は自動的に回収され、かつ硬化させてよい。硬化したインクはもはや有害物質ではなく、標準廃棄を使用することができる。硬化は廃棄物の発生直後の回収中に実行されてよく、本実施形態は、有害廃棄物の有意の貯蔵が決して存在しないようにすることができる。   Unused liquid resin may be automatically recovered and cured. The cured ink is no longer a hazardous material and standard waste can be used. Curing may be performed during collection immediately after the generation of waste, and this embodiment may ensure that there is no significant storage of hazardous waste.

本発明の一部の実施形態の態様によれば、付加製造の過程で廃インクを発生する付加製造機器であって、
付加製造位置から廃インクを回収するように構成された廃インク回収装置と、
回収後すぐに廃インクを硬化するように構成された廃インク硬化装置と、
を備えた機器を提供する。
According to an aspect of some embodiments of the present invention, there is an additive manufacturing device that generates waste ink in the course of additive manufacturing,
A waste ink recovery device configured to recover waste ink from an additional manufacturing location;
A waste ink curing device configured to cure waste ink immediately after collection;
Provide equipment with

一実施形態では、廃インク硬化装置は、
液状の廃インクを回収する回収カートリッジと、
廃インクを硬化させる硬化エネルギ源と、
を含む。
In one embodiment, the waste ink curing device comprises:
A collection cartridge for collecting liquid waste ink;
A curing energy source for curing the waste ink;
including.

一実施形態では、廃インク硬化装置は、インクがカートリッジ内に均等に分配されているときに、硬化エネルギ源を作動させるスイッチをさらに含む。   In one embodiment, the waste ink curing device further includes a switch that activates the curing energy source when the ink is evenly distributed within the cartridge.

一実施形態では、スイッチは、カートリッジ内に滴下する廃インクの液滴が合流する時間を見越して、硬化エネルギ源の作動を遅延させるように構成される。   In one embodiment, the switch is configured to delay the operation of the curing energy source in anticipation of the time for the waste ink droplets that drip into the cartridge to merge.

一実施形態では、廃インク回収装置は、
ローラからまたは印刷ヘッドの保守作業から廃インクを回収するためのリザーバと、
回収カートリッジ全体に均等に分散されたドリップ点に廃インクを分配するための配管システムと、
を含む。
In one embodiment, the waste ink collection device comprises:
A reservoir for collecting waste ink from rollers or from printhead maintenance operations;
A piping system for distributing waste ink to drip points evenly distributed throughout the collection cartridge;
including.

一実施形態では、廃インク回収カートリッジは、廃インク回収カートリッジ全体に廃インクを均等に分配するための分散ドリップ点のアレイを含む。   In one embodiment, the waste ink collection cartridge includes an array of distributed drip points for evenly distributing the waste ink throughout the waste ink collection cartridge.

一実施形態では、硬化エネルギ源は、カートリッジ全体にエネルギを均等に放射するように配置される。   In one embodiment, the curing energy source is arranged to radiate energy evenly across the cartridge.

一実施形態では、硬化エネルギ源は、発光ダイオード、通常はUV発光ダイオードのバンクまたはストリップを含む。   In one embodiment, the curing energy source comprises a bank or strip of light emitting diodes, typically UV light emitting diodes.

一実施形態では、硬化エネルギ源は、カートリッジに沿って片側に向けて長さ方向に配置される。   In one embodiment, the curing energy source is disposed longitudinally along one side of the cartridge.

一実施形態では、ドリップ点は、廃インクがドリップ点から滴下する前に硬化されるのを防止するために、硬化エネルギ源からの硬化エネルギに対する遮蔽物を含む。   In one embodiment, the drip point includes a shield against curing energy from a curing energy source to prevent the waste ink from being cured before dripping from the drip point.

一実施形態では、遮蔽物は各ドリップ点を包囲するフードを含む。   In one embodiment, the shield includes a hood that surrounds each drip point.

一実施形態は、滴下を方向付ける吐出シャベルを各ドリップ点の下に含んでよい。   One embodiment may include a discharge shovel that directs the drip under each drip point.

一実施形態では、硬化エネルギ源は3つのダイオードバンクを含み、第1バンクはカートリッジの第1側に長さ方向に配置され、第2バンクはカートリッジの第2側に長さ方向に配置され、かつ第3バンクは出口点の上に長さ方向に配置され、第3バンクは、カートリッジが満杯状態に達した後すぐに、1回動作して未滴下インクを硬化するように構成される。   In one embodiment, the curing energy source includes three diode banks, the first bank is disposed longitudinally on the first side of the cartridge, the second bank is disposed longitudinally on the second side of the cartridge, The third bank is disposed longitudinally over the exit point, and the third bank is configured to operate once to cure the undropped ink immediately after the cartridge reaches full condition.

一実施形態では、カートリッジは、カートリッジ内の廃インクの現在の液位を検出し、それによってカートリッジが満杯のときにそれを決定する液位検出器を含む。   In one embodiment, the cartridge includes a level detector that detects the current level of waste ink in the cartridge, thereby determining when the cartridge is full.

一実施形態では、液位検出器は、廃インクに包囲されたとき以外は内部全反射を生じるように選択された屈折率を有するプリズムを含む。   In one embodiment, the liquid level detector includes a prism having a refractive index selected to produce total internal reflection except when surrounded by waste ink.

一実施形態では、硬化エネルギ源は、各々がカートリッジの床に対して斜角に向けられた第1バンクおよび第2バンクのダイオードを含む。   In one embodiment, the curing energy source includes first and second bank diodes, each oriented at an oblique angle with respect to the cartridge floor.

本発明の第2態様によれば、
付加製造位置にインクを送達するステップと、
付加製造位置から廃インクを回収するステップと、
回収後すぐに廃インクを硬化させるステップと、
を含む、付加製造中の廃インク管理の方法を提供する。
According to a second aspect of the invention,
Delivering ink to an additional manufacturing location;
Collecting waste ink from the additional manufacturing location;
Curing the waste ink immediately after collection;
A method for managing waste ink during additive manufacturing is provided.

この方法は、
廃インクの流量を監視するステップと、
廃インクの流量に従って硬化を作動させるステップと、
を含んでよい。
This method
Monitoring the waste ink flow rate;
Activating curing according to the waste ink flow rate;
May be included.

一実施形態では、廃インクの硬化ステップは、
液状の廃インクを回収するステップと、
廃インクを硬化エネルギにより硬化させるステップと、
を含む。
In one embodiment, the waste ink curing step comprises:
Collecting liquid waste ink; and
Curing the waste ink with curing energy;
including.

この方法は、インクをカートリッジ内で均等に分散させた後、硬化エネルギ源を作動させてよい。   This method may activate the curing energy source after the ink is evenly distributed in the cartridge.

この方法は、カートリッジ内に滴下する廃インクの液滴が合流する時間を見越して、硬化エネルギ源の作動を遅延させることを含んでよい。   The method may include delaying the operation of the curing energy source in anticipation of the time for waste ink droplets to drip into the cartridge to merge.

一実施形態では、廃インクの回収ステップは、
ローラからまたは印刷ヘッドの保守作業から廃インクを回収するステップと、
廃インクを回収カートリッジ全体に均等に分配するステップと、
を含む。
In one embodiment, the waste ink recovery step comprises:
Collecting the waste ink from the rollers or from the printhead maintenance work;
Distributing the waste ink evenly throughout the collection cartridge;
including.

この方法は、硬化エネルギをカートリッジ全体に均等に放射するステップを含んでよい。   The method may include radiating curing energy evenly across the cartridge.

この方法は、
カートリッジが満杯のときにそれを検出するステップと、
カートリッジのドリップ管に照射して、未滴下インクを硬化させるステップと、
を含んでよい。
This method
Detecting when the cartridge is full,
Irradiating the drip tube of the cartridge to cure the undripped ink; and
May be included.

本発明の第3態様によれば、付加製造装置から廃インクを受け取るためのカートリッジであって、カートリッジは分配ヘッドと、硬化源と、容器とを含み、分配ヘッドは入口管と、カートリッジ全体に分散されたドリップ点のアレイとを含み、ドリップ点は、硬化源からの直接照射から保護するため、それぞれ遮蔽物で包囲され、硬化源は、容器の周りに配設された複数の放射位置を含んで成る、カートリッジを提供する。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a cartridge for receiving waste ink from an additive manufacturing apparatus, the cartridge including a distribution head, a curing source, and a container, wherein the distribution head is disposed on the inlet tube and the entire cartridge. And an array of distributed drip points, each drip point being surrounded by a shield to protect against direct irradiation from the curing source, the curing source having a plurality of radiation locations disposed around the container. A cartridge comprising the cartridge is provided.

ドリップ点は液滴形成のための鋭利な終端部を含んでよい。   The drip point may include a sharp end for droplet formation.

カートリッジは、各ドリップ点の下であって遮蔽物内にドリップ案内シャベルを含んでよい。   The cartridge may include a drip guide shovel under each drip point and within the shield.

カートリッジは、カートリッジが満杯になったときに分配ヘッド内に残っているインクを硬化するための第2硬化源を分配ヘッド内に含んでよい。   The cartridge may include a second curing source in the dispensing head for curing ink remaining in the dispensing head when the cartridge is full.

カートリッジは、カートリッジの充填を検出する液位検出器を含んでよい。液位検出器はLED、検出器と単純反射、または本書で述べるようにプリズムを使用してよい。   The cartridge may include a liquid level detector that detects cartridge filling. The liquid level detector may use an LED, a simple reflection with the detector, or a prism as described herein.

本発明の第4態様によれば、付加製造の過程で廃インクを発生する付加製造機器における硬化を制御する方法であって、
前記機器は、
付加製造位置から廃インクを回収するように構成された廃インク回収装置と、
回収後すぐに前記廃インクを硬化させるように構成された廃インク硬化装置と、
を備え、
前記廃インク回収装置への樹脂の流量を推定するステップと、
前記推定を用いて、樹脂が前記廃インク回収装置に到着するタイミングおよび樹脂の量を算出するステップと、
前記算出量に適したタイミングおよび適用量で前記硬化を作動させるステップと、
を含む方法を提供する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for controlling curing in an additive manufacturing device that generates waste ink in the course of additive manufacturing,
The equipment is
A waste ink recovery device configured to recover waste ink from an additional manufacturing location;
A waste ink curing device configured to cure the waste ink immediately after collection;
With
Estimating the flow rate of resin to the waste ink collection device;
Calculating the timing and amount of resin when the resin arrives at the waste ink recovery device using the estimation;
Activating the curing at a timing and application amount suitable for the calculated amount;
A method is provided.

別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術的用語および/または科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載される方法および材料と類似または同等である方法および材料を本発明の実施または試験において使用することができるが、例示的な方法および/または材料が下記に記載される。矛盾する場合には、定義を含めて、本特許明細書が優先する。加えて、材料、方法および実施例は例示にすぎず、限定であることは意図されない。   Unless defined otherwise, all technical and / or scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Although methods and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice or testing of the present invention, exemplary methods and / or materials are described below. In case of conflict, the patent specification, including definitions, will control. In addition, the materials, methods, and examples are illustrative only and not intended to be limiting.

本明細書では本発明のいくつかの実施形態を単に例示し添付の図面を参照して説明する。特に詳細に図面を参照して、示されている詳細が例示として本発明の実施形態を例示考察することだけを目的としていることを強調するものである。この点について、図面について行う説明によって、本発明の実施形態を実施する方法は当業者には明らかになるであろう。   Several embodiments of the invention are merely illustrated herein and described with reference to the accompanying drawings. With particular reference to the drawings in particular, it is emphasized that the details shown are only intended to illustrate the embodiments of the invention by way of example. In this regard, the manner in which embodiments of the present invention are implemented will become apparent to those skilled in the art from the description given with reference to the drawings.

図1Aは、本発明の一部の実施形態に係る付加製造システムの略図である。FIG. 1A is a schematic diagram of an additive manufacturing system according to some embodiments of the present invention. 図1B−1Cは、本発明の一部の実施形態に係る付加製造システムの略図である。1B-1C are schematic diagrams of an additive manufacturing system according to some embodiments of the present invention. 図1Dは、本発明の一部の実施形態に係る付加製造システムの略図である。FIG. 1D is a schematic diagram of an additive manufacturing system according to some embodiments of the present invention.

図2A−2Cは、本発明の一部の実施形態に係る印刷ヘッドの略図である。2A-2C are schematic views of a print head according to some embodiments of the present invention.

図3A−3Fは、本発明の一部の実施形態に係る座標変換を実証する略図である。3A-3F are schematic diagrams that demonstrate coordinate transformations according to some embodiments of the present invention.

図4は、本発明の一実施形態に係る廃棄物回収付き付加製造機器を示す簡易図である。FIG. 4 is a simplified diagram showing an additional manufacturing apparatus with waste collection according to an embodiment of the present invention.

図5は、本発明の一実施形態に係る、印刷位置から回収カートリッジへの廃インクまたは廃樹脂の経路を示す簡略図である。図6は、本発明の一実施形態に係るカートリッジアセンブリのヘッド部を示す簡略図である。FIG. 5 is a simplified diagram illustrating a path of waste ink or waste resin from a printing position to a collection cartridge according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a simplified diagram showing a head portion of a cartridge assembly according to an embodiment of the present invention.

図7−8は、本発明の一実施形態に係る回収カートリッジの写真であり、2つの異なる合体段階の廃インクが示されている。FIGS. 7-8 are photographs of collection cartridges according to one embodiment of the present invention, showing waste ink at two different coalescence stages.

図9は、本発明の一実施形態に係る廃インク回収カートリッジの側面切欠き図を示し、かつ硬化用LEDの位置を示す簡易図である。FIG. 9 shows a side cutaway view of the waste ink collection cartridge according to one embodiment of the present invention, and is a simplified diagram showing the position of the curing LED.

図10は、本発明の一実施形態に係る回収カートリッジのシャワーヘッドにおけるドリップ点の構造および位置を示す。FIG. 10 shows the structure and position of the drip point in the shower head of the recovery cartridge according to the embodiment of the present invention.

図11は、本発明の一実施形態に係るシャワーヘッドにおけるドリップ出口点の切欠き図を示す簡易図である。FIG. 11 is a simplified diagram showing a cutaway view of a drip exit point in a shower head according to an embodiment of the present invention.

図12A−12Cは、本発明の一実施形態に係る廃インク回収カートリッジの3つの切欠き図である。12A-12C are three cutaway views of a waste ink collection cartridge according to one embodiment of the present invention.

図13A−13Bは、本発明の一実施形態に係る回収カートリッジ用の液位検出器の2つの側面断面図である。13A-13B are two cross-sectional side views of a liquid level detector for a recovery cartridge according to one embodiment of the present invention.

図14は、本発明に係る回収カートリッジ用の液位検出器の代替的実施形態である。FIG. 14 is an alternative embodiment of a liquid level detector for a recovery cartridge according to the present invention.

図15は、本発明の一実施形態に係る廃インクの回収および硬化プロセスの動作を示す流れ図である。FIG. 15 is a flowchart showing the operation of a waste ink recovery and curing process according to an embodiment of the present invention.

図16は、本発明の一実施形態に係る廃インク流量の監視およびその結果を使用する硬化速度または適用量の制御を示す簡易流れ図である。FIG. 16 is a simplified flow diagram illustrating monitoring of waste ink flow rate and control of cure speed or application amount using the results according to one embodiment of the present invention.

図17は、本発明の動作中の回収カートリッジにおける樹脂またはインクの蓄積の様々な段階を示す写真である。FIG. 17 is a photograph showing various stages of resin or ink accumulation in a collection cartridge during operation of the present invention.

図18は、硬化した廃樹脂の層化構造を示す写真である。FIG. 18 is a photograph showing the layered structure of the cured waste resin.

図19は、石筍の蓄積を示す写真である。FIG. 19 is a photograph showing the accumulation of sarcophagus.

図20は、概して硬化した塊内の液状樹脂の未硬化ポケットを示す写真である。FIG. 20 is a photograph showing the uncured pockets of the liquid resin within the generally cured mass.

図21A〜図21Cは、いかにして石筍の蓄積が結果的に生じる影に液状樹脂のポケットを形成させるかを示す写真である。21A to 21C are photographs showing how liquid resin pockets are formed in the shadow resulting from the accumulation of sarcophagus.

図22は、本発明の一実施形態に係るLEDの位置を示し、かつ三角形を用いて少なくとも2つの点からの照明により、いかにして硬化光がカートリッジの内部を網羅するかを示す写真である。FIG. 22 is a photograph showing the location of an LED according to one embodiment of the present invention and how the curing light covers the interior of the cartridge by illumination from at least two points using a triangle. .

図23は、本発明のさらなる実施形態に係る3Dプリンタ用の廃棄物処理システムを示す簡易図である。FIG. 23 is a simplified diagram illustrating a waste treatment system for a 3D printer according to a further embodiment of the present invention.

図24は、図23のシステムの分解組立図である。FIG. 24 is an exploded view of the system of FIG.

図25は、図23のシステムの廃棄物案内構成部品を示す簡易図である。FIG. 25 is a simplified diagram showing the waste guidance components of the system of FIG.

図26Aは、図23のシステムのシャワーヘッド構成部品を示す。図26Bは、図26Aの構成部品の一部分の詳細である。FIG. 26A shows the showerhead components of the system of FIG. FIG. 26B is a detail of a portion of the component of FIG. 26A.

図27−28は、図25の廃棄物案内構成部品内の構造の異なる斜視図である。27-28 are different perspective views of the structure within the waste guide component of FIG.

図29は、図25の廃棄物案内構成部品内の構造の異なる斜視図である。29 is a different perspective view of the structure within the waste guidance component of FIG.

図30は、図25の廃棄物案内構成部品の簡易側面図である。FIG. 30 is a simplified side view of the waste guidance component of FIG.

図31は、図26Aのシャワーヘッド構成部品に取り付けられた図25の廃棄物案内構成部品の簡易側面図である。31 is a simplified side view of the waste guide component of FIG. 25 attached to the showerhead component of FIG. 26A.

図32−34は、図23のシステムのドリップ開口を偶発的な硬化から保護するための保護構造を示す簡易図である。32-34 is a simplified diagram illustrating a protective structure for protecting the drip opening of the system of FIG. 23 from accidental curing.

図35は、保護が不十分なドリップ開口からのつらら石の形成を示す。FIG. 35 shows the formation of icicles from drip openings with poor protection.

図36は、本発明の実施形態に従って均等な硬化を確実にするLEDとドリップ穴の相互関係を示す。FIG. 36 shows the interrelationship of LEDs and drip holes to ensure even cure in accordance with an embodiment of the present invention.

図37は、本発明の一実施形態に従って硬化の正確なタイミングおよび適用量を算出するために樹脂流量を予測するための仮想廃棄物パイプラインモデルを示す。FIG. 37 illustrates a virtual waste pipeline model for predicting resin flow rate to calculate the exact timing and application amount of cure in accordance with one embodiment of the present invention.

本発明は、その一部の実施形態では、付加製造中の廃インクまたは廃樹脂の処理に関し、さらに詳しくは、標準廃棄物処理を安全に使用することを可能にする方法に関するが、それに限定されない。   The present invention, in some embodiments thereof, relates to the treatment of waste ink or waste resin during additive manufacturing, and more particularly, but not exclusively, to a method that allows standard waste treatment to be used safely. .

未使用の樹脂は有害物質であり、特別な廃棄物処理技術を用いて処理しなければならず、それは一般的に樹脂供給者の責任になる。3D印刷プロセスはかなりの量の廃棄物、通常、ヘッドによって噴射された量の約10〜30%を発生する。さらなる廃棄物は、パージおよび吐出などのヘッドの保守手順によっても発生する。   Unused resin is a hazardous substance and must be treated using special waste treatment techniques, which are generally the responsibility of the resin supplier. The 3D printing process generates a significant amount of waste, usually about 10-30% of the amount ejected by the head. Additional waste is also generated by head maintenance procedures such as purging and dispensing.

液状の廃樹脂は有害とみなされるが、硬化樹脂は有害ではなく、通常のごみ箱に廃棄することができる。したがって本実施形態は、廃樹脂を発生したままの状態で硬化させる。廃樹脂カートリッジが満杯になると、ユーザは単にカートリッジをごみ箱に捨て、カートリッジを新しいものに交換するだけである。   While liquid waste resin is considered harmful, cured resin is not harmful and can be disposed of in a regular trash can. Therefore, in the present embodiment, the waste resin is cured in a generated state. When the waste resin cartridge is full, the user simply throws the cartridge into the trash and replaces the cartridge with a new one.

本発明の少なくとも1つの実施形態を詳しく説明する前に、本発明は、その適用において、下記の説明に示されるか、および/または図面および/または実施例において例示される構成要素および/または方法の組み立ておよび構成の細部に必ずしも限定されないことを理解しなければならない。本発明は他の実施形態が可能であり、または様々な方法で実施または実行されることが可能である。   Before describing at least one embodiment of the present invention in detail, the present invention is applied in its application to the components and / or methods shown in the following description and / or illustrated in the drawings and / or examples. It should be understood that the present invention is not necessarily limited to the details of assembly and construction. The invention is capable of other embodiments or of being practiced or carried out in various ways.

本実施形態の方法およびシステムは、物体の形状に対応する構成パターン状に複数の層を形成することによって、三次元物体をコンピュータ・オブジェクト・データに基づいて1層ずつ製作する。コンピュータ・オブジェクト・データは、標準テッセレーション言語(STL)またはステレオリソグラフィ輪郭(SLC)フォーマット、仮想現実モデリング言語(VRML)、付加製造ファイル(AMF)フォーマット、図面交換フォーマット(DXF)、ポリゴン・ファイル・フォーマット(PLY)、またはコンピュータ支援設計(CAD)に適したいずれかの他のフォーマットを含め、それらに限らず、任意の公知のフォーマットにすることができる。   The method and system of this embodiment produce a three-dimensional object layer by layer based on computer object data by forming a plurality of layers in a configuration pattern corresponding to the shape of the object. Computer object data includes standard tessellation language (STL) or stereolithography contour (SLC) format, virtual reality modeling language (VRML), additive manufacturing file (AMF) format, drawing interchange format (DXF), polygon file Any known format can be used, including but not limited to format (PLY) or any other format suitable for computer aided design (CAD).

本書で使用する用語「物体」は、物体全体またはその一部分を指す。   As used herein, the term “object” refers to an entire object or a portion thereof.

各層は、二次元表面を走査してそれをパターン化する付加製造機器によって形成される。走査中に、機器は二次元の層または表面上の複数の目標位置を訪れ、各目標位置または1群の目標位置について、目標位置または目標位置群が構築材料によって占有されるべきか否か、かつどのタイプの構築材料をそこに送達すべきかを決定する。決定は、表面のコンピュータ画像に従って行われる。   Each layer is formed by additive manufacturing equipment that scans the two-dimensional surface and patterns it. During the scan, the instrument visits a plurality of target positions on the two-dimensional layer or surface, and for each target position or group of target positions, whether the target position or group of target positions should be occupied by the building material, And what type of building material should be delivered to it. The determination is made according to the computer image of the surface.

本発明の好適な実施形態では、AMは三次元印刷を、さらに好ましくは三次元インクジェット印刷を含む。これらの実施形態では、構築材料は1組のノズルを有する吐出ヘッドから吐出され、構築材料を支持構造上に層状に堆積する。AM機器はこうして、占有すべき目標位置に構築材料を吐出し、かつ他の目標位置を空所のままにする。機器は通常、複数の吐出ヘッドを含み、各吐出ヘッドは異なる構築材料を吐出するように構成することができる。したがって、異なる目標位置を異なる構築材料が占有することができる。構築材料の種類は主に、モデル材およびサポート材の2つのカテゴリに分類することができる。サポート材は、製作プロセス中に物体もしくは物体の一部分を支持するため、かつ/または他の目的で、例えば中空物体もしくは多孔質物体を提供するために、支持マトリクスまたは支持構造として働く。支持構造は、例えば支持強度を高めるために、さらにモデル材要素を含んでよい。   In a preferred embodiment of the present invention, the AM includes three-dimensional printing, more preferably three-dimensional ink jet printing. In these embodiments, the build material is discharged from a discharge head having a set of nozzles, depositing the build material in layers on a support structure. The AM device thus dispenses the build material to the target position to be occupied and leaves the other target positions empty. The instrument typically includes a plurality of ejection heads, each ejection head can be configured to eject a different build material. Thus, different building materials can occupy different target positions. The types of construction materials can be mainly classified into two categories: model materials and support materials. The support material serves as a support matrix or support structure to support an object or part of an object during the fabrication process and / or to provide a hollow object or porous object for other purposes, for example. The support structure may further include model material elements, for example, to increase support strength.

モデル材は一般的に、付加製造用に調合された組成物であり、それ自体で、すなわち他の物質と混合または結合する必要なく、三次元物体を形成することができる。   Model materials are generally compositions formulated for additive manufacturing and can form three-dimensional objects on their own, i.e., without the need to mix or combine with other materials.

最終的な三次元物体はモデル材、またはモデル材の組合せ、またはモデル材とサポート材もしくはそれらの改質(例えば硬化後)との組合せから作製される。これらの作業は全て、立体自由造形の当業者にはよく知られている。   The final three-dimensional object is made from a model material, or a combination of model materials, or a combination of model material and support material or modifications thereof (eg after curing). All of these operations are well known to those skilled in the art of solid freeform.

本発明の一部の例示的実施形態では、物体は2つ以上の異なるモデル材を吐出することによって製造され、各材料はAMの異なる吐出ヘッドから吐出される。材料は、任意選択的にかつ好ましくは、印刷ヘッドの同一パス中に層状に堆積される。層内の材料および材料の組合せは、物体の所望の性質に従って選択される。本発明の一部の実施形態に係る、物体112のAMに適したシステム110の代表的かつ非限定的実施例を、図1Aに示す。システム110は、複数の吐出ヘッドを含む吐出ユニット16を有する付加製造機器114を備える。各ヘッドは、下述する図2A〜図2Cに示すように、液状構築材料124がそれを介して吐出される1つ以上のノズル122のアレイを含むことが好ましい。   In some exemplary embodiments of the present invention, the object is manufactured by dispensing two or more different model materials, each material being dispensed from a different dispensing head of the AM. The material is optionally and preferably deposited in layers during the same pass of the print head. The materials and material combinations in the layers are selected according to the desired properties of the object. A representative and non-limiting example of a system 110 suitable for AM of an object 112, according to some embodiments of the present invention, is shown in FIG. 1A. The system 110 includes an additional manufacturing device 114 having a discharge unit 16 including a plurality of discharge heads. Each head preferably includes an array of one or more nozzles 122 through which the liquid build material 124 is dispensed, as shown in FIGS. 2A-2C described below.

機器114は三次元印刷機器であることが好ましいが、必須ではない。その場合、吐出ヘッドは印刷ヘッドであり、構築材料はインクジェット技術を介して吐出される。用途によっては、付加製造機器は三次元印刷技術を採用する必要がない場合があるので、これは必ずしも該当しない。本発明の様々な例示的実施形態に従って構想される付加製造機器の代表的実施例は、熱溶解積層造形機器および熱溶解材料堆積機器を含むが、それらに限定されない。   Device 114 is preferably a three-dimensional printing device, but is not essential. In that case, the ejection head is a print head and the build material is ejected via inkjet technology. Depending on the application, additional manufacturing equipment may not need to employ 3D printing technology, so this is not necessarily true. Representative examples of additive manufacturing equipment envisioned in accordance with various exemplary embodiments of the present invention include, but are not limited to, hot melt additive manufacturing equipment and hot melt material deposition equipment.

各吐出ヘッドは任意選択的にかつ好ましくは構築材料リザーバを介して供給され、リザーバは任意選択的に、温度制御ユニット(例えば温度センサおよび/または加熱装置)および材料レベルセンサを含んでよい。構築材料を吐出するために、例えば圧電式インクジェット印刷技術の場合のように、吐出ヘッドノズルを介して材料の液滴が選択的に堆積されるように、電圧信号が吐出ヘッドに印加される。各ヘッドの吐出率は、ノズルの個数、ノズルの種類、および印加電圧の信号レート(周波数)に依存する。そのような吐出ヘッドは、立体自由造形の当業者には知られている。   Each dispensing head is optionally and preferably supplied via a build material reservoir, which may optionally include a temperature control unit (eg, a temperature sensor and / or a heating device) and a material level sensor. In order to eject the build material, a voltage signal is applied to the ejection head so that droplets of material are selectively deposited via the ejection head nozzle, as in the case of piezoelectric inkjet printing technology, for example. The ejection rate of each head depends on the number of nozzles, the type of nozzle, and the signal rate (frequency) of the applied voltage. Such discharge heads are known to those skilled in the art of three-dimensional free-formation.

吐出ノズルまたはノズルアレイの総数は、吐出ノズルの半数がサポート材を吐出するように設計され、かつ吐出ノズルの半数がモデル材を吐出するように設計され、すなわちモデル材を噴出するノズルの個数がサポート材を噴出するノズルの個数と同数になるように、選択されることが好ましいが、必須ではない。図1Aの代表的実施例には4つの吐出ヘッド16a、16b、16c、および16dが示される。ヘッド16a、16b、16c、および16dの各々がノズルアレイを有する。この実施例では、ヘッド16aおよび16bはモデル材用に設計することができ、ヘッド16cおよび16dはサポート材用に設計することができる。こうして、ヘッド16aは第1モデル材を吐出することができ、ヘッド16bは第2モデル材を吐出することができ、ヘッド16cおよび16dは両方ともサポート材を吐出することができる。代替的実施形態では、例えばヘッド16cおよび16dは、サポート材を吐出するための2つのノズルアレイを有する単一のヘッドに組み合わされてよい。   The total number of discharge nozzles or nozzle arrays is designed so that half of the discharge nozzles discharge the support material, and half of the discharge nozzles are designed to discharge the model material, that is, the number of nozzles that eject the model material is It is preferable to select the number of nozzles for ejecting the support material, but it is not essential. In the exemplary embodiment of FIG. 1A, four ejection heads 16a, 16b, 16c, and 16d are shown. Each of the heads 16a, 16b, 16c, and 16d has a nozzle array. In this embodiment, the heads 16a and 16b can be designed for model material and the heads 16c and 16d can be designed for support material. Thus, the head 16a can discharge the first model material, the head 16b can discharge the second model material, and both the heads 16c and 16d can discharge the support material. In an alternative embodiment, for example, the heads 16c and 16d may be combined into a single head having two nozzle arrays for discharging support material.

それにも関わらず、それは本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、モデル材吐出ヘッド(モデルヘッド)の個数およびサポート材吐出ヘッド(サポートヘッド)の個数は異なってもよいことを理解されたい。   Nevertheless, it is not intended to limit the scope of the invention and it is understood that the number of model material ejection heads (model heads) and the number of support material ejection heads (support heads) may vary. I want to be.

一般的に、モデルヘッドの個数、サポートヘッドの個数、およびそれぞれのヘッドまたはヘッドアレイの各々におけるノズルの個数は、サポート材の最大吐出率とモデル材の最大吐出率との間に所定の比率αがもたらされるように選択される。所定の比率αの値は、形成される各層におけるモデル材の高さがサポート材の高さに等しいことを確実にするように選択されることが好ましい。αの典型値は約0.6〜約1.5である。   In general, the number of model heads, the number of support heads, and the number of nozzles in each head or head array are determined by a predetermined ratio α between the maximum discharge rate of the support material and the maximum discharge rate of the model material. Is selected to yield. The value of the predetermined ratio α is preferably selected to ensure that the height of the model material in each layer to be formed is equal to the height of the support material. Typical values for α are about 0.6 to about 1.5.

本明細書中で使用される用語「約」は、±10%を示す。   As used herein, the term “about” refers to ± 10%.

例えばα=1の場合、全てのモデルヘッドおよび支持ヘッドが作動しているときに、サポート材の総吐出率はモデル材の総吐出率と略同一である。   For example, when α = 1, when all model heads and support heads are operating, the total discharge rate of the support material is substantially the same as the total discharge rate of the model material.

好適な実施形態では、ノズルp個のアレイm個を各々有するモデルヘッドM個、およびノズルq個のアレイs個を各々有するサポートヘッドS個が存在するので、M×m×p=S×s×qとなる。M×m個のモデルアレイおよびS×s個のサポートアレイの各々は、別個の物理ユニットとして製造することができ、それをアレイ群に組み立てたり、そこから分解したりすることができる。この実施形態では、そのようなアレイの各々は、任意選択的にかつ好ましくは、それ自体の温度制御ユニットおよび材料レベルセンサを含み、かつその動作のために個々に制御された電圧を受け取る。   In the preferred embodiment, there are M model heads each having m arrays of p nozzles and S support heads each having s arrays of q nozzles, so that M × m × p = S × s. Xq. Each of the M × m model array and the S × s support array can be manufactured as a separate physical unit, which can be assembled into or disassembled from the array group. In this embodiment, each such array optionally and preferably includes its own temperature control unit and material level sensor and receives individually controlled voltages for its operation.

機器114は硬化装置324をさらに含むことができ、それは、堆積された材料を硬化させる光、熱などを放出するように構成された任意の装置を含むことができる。例えば硬化装置324は1つ以上の放射源を含むことができ、それは、使用されるモデル材に応じて、例えば紫外線もしくは可視光もしくは赤外線ランプ、または他の電磁放射源、または電子ビーム源とすることができる。本発明の一部の実施形態では、硬化装置324はモデル材を硬化または凝固させるように働く。   The instrument 114 can further include a curing device 324, which can include any device configured to emit light, heat, etc. that cures the deposited material. For example, the curing device 324 can include one or more radiation sources, which can be, for example, ultraviolet or visible light or infrared lamps, or other electromagnetic radiation sources, or electron beam sources, depending on the model material used. be able to. In some embodiments of the present invention, the curing device 324 serves to cure or solidify the model material.

吐出ヘッドおよび放射源は、作業面として働くトレイ360上を往復運動するように動作することが好ましいフレームまたはブロック128に取り付けられることが好ましい。本発明の一部の実施形態では、放射源は、吐出ヘッドによって吐出されたばかりの材料を少なくとも部分的に硬化または凝固するために、放射源が吐出ヘッドの後に追従するようにブロックに取り付けられる。トレイ360は水平に配置される。一般的な取決めに従って、X‐Y‐Zデカルト座標系はX‐Y面がトレイ360と平行になるように選択される。トレイ360は、垂直方向に(Z方向に沿って)、通常は下方に移動するように構成されることが好ましい。本発明の様々な例示的実施形態では、機器114は1つ以上のレベリング装置132、例えばローラ326をさらに備える。レベリング装置326は、新たに形成された層の厚さを、その上に次の層が形成される前に矯正し、平準化し、かつ/または確立するように働く。レベリング装置326は、レベリング中に発生した余分な材料を回収するために、廃棄物回収装置136を含むことが好ましい。廃棄物回収装置136は廃棄物タンクまたは廃棄物カートリッジに材料を送達する何らかの機構を含んでよい。廃棄物回収については後でさらに詳述する。   The discharge head and radiation source are preferably mounted on a frame or block 128 that preferably operates to reciprocate on a tray 360 that serves as a work surface. In some embodiments of the invention, the radiation source is attached to the block such that the radiation source follows the ejection head to at least partially cure or solidify the material just ejected by the ejection head. The tray 360 is arranged horizontally. In accordance with common conventions, the XYZ Cartesian coordinate system is selected so that the XY plane is parallel to the tray 360. The tray 360 is preferably configured to move vertically (along the Z direction), usually downward. In various exemplary embodiments of the present invention, the instrument 114 further comprises one or more leveling devices 132, such as rollers 326. Leveling device 326 serves to correct, level, and / or establish the thickness of the newly formed layer before the next layer is formed thereon. The leveling device 326 preferably includes a waste collection device 136 for collecting excess material generated during leveling. Waste collection device 136 may include any mechanism for delivering material to a waste tank or waste cartridge. The waste collection will be described in detail later.

使用中に、ユニット16の吐出ヘッドは、本書ではX方向と呼ぶ走査方向に移動し、それらがトレイ360上を通過する過程で所定の構成に構築材料を選択的に吐出する。構築材料は通常、1種類以上のサポート材および1種類以上のモデル材を含む。ユニット16の吐出ヘッドの通過に続いて、放射源126によるモデル材の硬化が行われる。堆積されたばかりの層のためのヘッドの出発点に戻るヘッドの逆方向の通過中に、所定の構成に従って構築材料の追加吐出が実行されてよい。吐出ヘッドの順方向または逆方向の通過中に、こうして形成された層は、レベリング装置の順方向および/または逆方向の移動中に好ましくは吐出ヘッドの経路に従うレベリング装置326によって矯正される。吐出ヘッドがX方向に沿ってそれらの出発点に戻ると、吐出ヘッドは、本書ではY方向と呼ぶ割出し方向に沿って別の位置に移動し、X方向に沿った往復運動によって同じ層を構築し続けてよい。代替的に、吐出ヘッドは、順方向および逆方向の移動の間に、または2回以上の順方向‐逆方向移動の後に、Y方向に移動してよい。単一の層を完成させるために吐出ヘッドによって実行される一連の走査は、本書で単一走査サイクルと呼ばれる。   During use, the ejection head of unit 16 moves in a scanning direction, referred to herein as the X direction, to selectively eject the build material into a predetermined configuration as they pass over tray 360. The construction material typically includes one or more support materials and one or more model materials. Following the passage of the discharge head of the unit 16, the model material is cured by the radiation source 126. During the reverse pass of the head back to the starting point of the head for the just deposited layer, an additional discharge of build material may be performed according to a predetermined configuration. During the forward or reverse passage of the discharge head, the layer thus formed is corrected by a leveling device 326 that preferably follows the path of the discharge head during the forward and / or reverse movement of the leveling device. As the discharge heads return to their starting points along the X direction, the discharge heads move to another position along the indexing direction, referred to herein as the Y direction, and reciprocate along the X direction to move the same layer. You can continue building. Alternatively, the ejection head may move in the Y direction during forward and reverse movement or after two or more forward-reverse movements. The series of scans performed by the ejection head to complete a single layer is referred to herein as a single scan cycle.

層が完成すると、次に印刷される層の所望の厚さに応じて、トレイ360はZ方向に所定のZレベルまで下降する。この手順は三次元物体112が層毎に形成されるように繰り返される。   When the layer is completed, the tray 360 is lowered in the Z direction to a predetermined Z level, depending on the desired thickness of the next layer to be printed. This procedure is repeated so that the three-dimensional object 112 is formed layer by layer.

別の実施形態では、トレイ360は、層内で、ユニット16の吐出ヘッドの順方向および逆方向の通過の間に、Z方向に変位されてよい。そのようなZ変位は、レベリング装置を1方向に表面と接触させ、かつ他の方向の接触を防止するために実行される。   In another embodiment, the tray 360 may be displaced in the Z direction during forward and reverse passage of the discharge heads of the unit 16 within the layer. Such Z displacement is performed to bring the leveling device in contact with the surface in one direction and to prevent contact in the other direction.

システム110は任意選択的にかつ好ましくは、構築材料容器またはカートリッジを含みかつ複数の構築材料を製造機器114に供給する、構築材料供給システム330を備える。   System 110 optionally and preferably comprises a building material supply system 330 that includes a building material container or cartridge and supplies a plurality of building materials to manufacturing equipment 114.

制御ユニット340は製造機器114および任意選択的にかつ好ましくは供給システム330をも制御する。制御ユニット340は通常、制御動作を実行するように構成された電子回路を含む。制御ユニット340は、コンピュータ・オブジェクト・データ、例えば標準テッセレーション言語(STL)フォーマットなどの形式でコンピュータ可読媒体に表されたCAD構成に基づいて、製作命令に関するデジタルデータを送信するデータプロセッサ154と通信することが好ましい。通常、制御ユニット340は、各吐出ヘッドまたはノズルアレイに印加される電圧、およびそれぞれの印刷ヘッドの構築材料の温度を制御する。   The control unit 340 also controls the manufacturing equipment 114 and optionally and preferably also the supply system 330. Control unit 340 typically includes electronic circuitry configured to perform control operations. The control unit 340 communicates with a data processor 154 that transmits digital data regarding production instructions based on a CAD configuration represented in a computer readable medium in the form of computer object data, eg, standard tessellation language (STL) format. It is preferable to do. Typically, the control unit 340 controls the voltage applied to each ejection head or nozzle array and the temperature of the construction material of each print head.

製造データが制御ユニット340にロードされると、制御ユニットはユーザの介入なしに動作することができる。一部の実施形態では、制御ユニット340は、例えばデータプロセッサ154を用いて、あるいはユニット340と通信するユーザインタフェース116を用いて、オペレータから追加の入力を受信する。ユーザインタフェース116は、例えばキーボード、タッチスクリーンなど、しかしそれらに限らず、当業界で公知の任意の種類とすることができる。例えば制御ユニット340は、追加の入力として、1つ以上の構築材料の種類および/または属性、例えば色、特性歪み、および/または転移温度、粘度、電気特性、磁気特性などを受信することができるが、それらに限定されない。他の属性および属性群も考えられる。   Once the manufacturing data is loaded into the control unit 340, the control unit can operate without user intervention. In some embodiments, the control unit 340 receives additional input from the operator using, for example, the data processor 154 or the user interface 116 that communicates with the unit 340. The user interface 116 may be any type known in the art, such as, but not limited to, a keyboard, a touch screen, and the like. For example, the control unit 340 can receive as an additional input one or more building material types and / or attributes such as color, characteristic distortion, and / or transition temperature, viscosity, electrical properties, magnetic properties, and the like. However, it is not limited to them. Other attributes and attribute groups are also possible.

本発明の一部の実施形態に係る物体のAMに適したシステム10の別の代表的かつ非限定的実施例を図1B〜図1Dに示す。図1B〜図1Dは、システム10の上面図(図1B)、側面図(図1C)、および等角図(図1D)を示す。   Another representative and non-limiting example of a system 10 suitable for object AM according to some embodiments of the present invention is shown in FIGS. 1B-1D. 1B-1D show a top view (FIG. 1B), a side view (FIG. 1C), and an isometric view (FIG. 1D) of the system 10.

本実施形態では、システム10は、トレイ12と、各々が複数の分離したノズルを有する複数のインクジェット印刷ヘッド16とを備える。トレイ12は円板の形状を有することができ、あるいは環状とすることができる。垂直軸線を中心に回転することができることを前提として、非円形の形状も考えられる。   In this embodiment, the system 10 includes a tray 12 and a plurality of inkjet print heads 16 each having a plurality of separate nozzles. The tray 12 can have a disk shape or can be annular. Non-circular shapes are also conceivable on the premise that they can be rotated about a vertical axis.

トレイ12およびヘッド16は、任意選択的にかつ好ましくは、トレイ12とヘッド16との間の相対的回転運動ができるように取り付けられる。これは、(i)トレイ12がヘッド16に対して垂直軸線14を中心に回転するようにトレイを構成することによって、(ii)ヘッド16がトレイ12に対して垂直軸線14を中心に回転するようにヘッドを構成することによって、または(iii)トレイ12およびヘッド16の両方が垂直軸線14を中心に、しかし異なる回転速度で回転(例えば逆方向に回転)するように構成することによって、達成することができる。以下の実施形態は、トレイが、ヘッド16に対して垂直軸線14を中心に回転するように構成された回転トレイである構成(i)を特に重点的に記載するが、本願は構成(ii)および(iii)をも企図していることを理解されたい。本書に記載する実施形態はいずれも、構成(ii)および(iii)のいずれかに適用できるように調整することができ、本書に記載する詳細を前提として、そのような調整をどのように行うかが当業者には分かるであろう。   The tray 12 and the head 16 are optionally and preferably mounted for relative rotational movement between the tray 12 and the head 16. This is because (i) the tray 16 rotates about the vertical axis 14 with respect to the head 16, and (ii) the head 16 rotates about the vertical axis 14 with respect to the tray 12. Or (iii) by configuring both the tray 12 and the head 16 to rotate about the vertical axis 14 but at different rotational speeds (eg, rotating in opposite directions). can do. In the following embodiment, the configuration (i) in which the tray is a rotating tray configured to rotate around the vertical axis 14 with respect to the head 16 will be described with particular emphasis. It should be understood that and (iii) are also contemplated. Any of the embodiments described herein can be adjusted to be applicable to either configurations (ii) and (iii), and how such adjustments are made given the details described in this document. Will be understood by those skilled in the art.

以下の説明では、トレイ12と平行で軸線14から外向きの方向を半径方向rと呼び、トレイ12と平行で半径方向rに垂直な方向をここでは方位角方向φと呼び、トレイ12に直角な方向をここでは垂直方向zと呼ぶ。   In the following description, a direction parallel to the tray 12 and outward from the axis 14 is referred to as a radial direction r, and a direction parallel to the tray 12 and perpendicular to the radial direction r is referred to herein as an azimuth direction φ and is perpendicular to the tray 12. This direction is referred to herein as the vertical direction z.

本書で使用する用語「半径方向位置」とは、軸線14から特定の距離にあるトレイ12上またはトレイ12より上の位置を指す。この用語が印刷ヘッドに関連して使用される場合、この用語は、軸線14から特定の距離にあるヘッドの位置を指す。この用語がトレイ12上の点に関連して使用される場合、この用語は、半径が軸線14から特定の距離にあってその中心が軸線14にある円を描く点の軌跡に属する任意の点に対応する。   As used herein, the term “radial position” refers to a position on or above the tray 12 that is a specific distance from the axis 14. When the term is used in connection with a print head, the term refers to the position of the head at a specific distance from the axis 14. When this term is used in reference to a point on the tray 12, this term means any point belonging to the locus of a circle that draws a circle whose radius is a specific distance from the axis 14 and whose center is at the axis 14. Corresponding to

本書で使用する用語「方位角位置」は、所定の基準点に対して特定の方位角にあるトレイ12上またはトレイ12より上の位置を指す。したがって、半径方向位置は、基準点に対して特定の方位角を形成する直線を描く点の軌跡に属する任意の点を指す。   As used herein, the term “azimuth position” refers to a position on or above the tray 12 at a specific azimuth with respect to a predetermined reference point. Therefore, the radial position refers to an arbitrary point belonging to the locus of a point that draws a straight line that forms a specific azimuth with respect to the reference point.

本書で使用する用語「垂直位置」は、特定の点で垂直軸線14と交差する面全体の位置を指す。   As used herein, the term “vertical position” refers to the position of the entire plane that intersects the vertical axis 14 at a particular point.

トレイ12は三次元印刷のための支持構造として働く。1つ以上の物体が印刷される作業領域は通常、トレイ12の総面積より小さいが、必ずしもそうである必要はない。本発明の一部の実施形態では、作業領域は環状である。作業領域は符号26で示される。本発明の一部の実施形態では、トレイ12は物体の形成中ずっと、同一方向に連続的に回転し、本発明の一部の実施形態では、トレイは物体の形成中に少なくとも1回(例えば振動するように)回転方向を逆転する。トレイ12は任意選択的にかつ好ましくは取外し可能である。トレイ12の取外しは、システム10の保守のために、あるいは希望する場合には、新しい物体を印刷する前にトレイを交換するために、行うことができる。本発明の一部の実施形態では、システム10には1つ以上の異なる交換トレイ(例えば交換トレイのキット)が提供され、2つ以上のトレイが異なる種類の物体(例えば異なる重量)、異なる動作モード(例えば異なる回転速度)等のために設計される。トレイ12の交換は希望通り手動または自動にすることができる。自動交換が採用された場合、システム10は、トレイ12をヘッド16の下にあるその位置から取り外して、それを交換トレイ(図示せず)と交換するように構成されたトレイ交換装置36を含む。図1Bの代表図では、トレイ交換装置36は、トレイ12を引っ張るように構成された可動アーム40を持つドライブ38として示されるが、他の種類のトレイ交換装置も考えられる。   The tray 12 serves as a support structure for three-dimensional printing. The working area where one or more objects are printed is typically smaller than the total area of the tray 12, but this is not necessarily so. In some embodiments of the invention, the work area is annular. The work area is indicated by 26. In some embodiments of the invention, the tray 12 rotates continuously in the same direction throughout the formation of the object, and in some embodiments of the invention, the tray is at least once (eg, Reverse direction of rotation (to vibrate). The tray 12 is optionally and preferably removable. Removal of the tray 12 can be done for maintenance of the system 10 or, if desired, to replace the tray before printing a new object. In some embodiments of the invention, the system 10 is provided with one or more different replacement trays (eg, a kit of replacement trays), where two or more trays are different types of objects (eg, different weights), different operations. Designed for modes (eg different rotational speeds) etc. The tray 12 can be replaced manually or automatically as desired. If automatic replacement is employed, the system 10 includes a tray changer 36 configured to remove the tray 12 from its position under the head 16 and replace it with a replacement tray (not shown). . In the representative view of FIG. 1B, the tray changer 36 is shown as a drive 38 having a movable arm 40 configured to pull the tray 12, although other types of tray changers are also contemplated.

印刷ヘッド16の例示的実施形態を図2A〜図2Cに示す。これらの実施形態は、システム110およびシステム10を含め、それらに限らず、上述したAMシステムのいずれかに採用することができる。   An exemplary embodiment of the print head 16 is shown in FIGS. 2A-2C. These embodiments can be employed in any of the AM systems described above, including but not limited to system 110 and system 10.

図2A〜図2Bは、1つ(図2A)および2つ(図2B)のノズルアレイ22を持つ印刷ヘッド16を示す。アレイにおけるノズルは直線に沿って線状に並ぶことが好ましい。特定の印刷ヘッドが2つ以上のリニア・ノズル・アレイを有する実施形態では、ノズルアレイは、任意選択的にかつ好ましくは、相互に平行にすることができる。   2A-2B show a print head 16 having one (FIG. 2A) and two (FIG. 2B) nozzle arrays 22. The nozzles in the array are preferably arranged in a line along a straight line. In embodiments where a particular printhead has more than one linear nozzle array, the nozzle arrays can optionally and preferably be parallel to each other.

システム110と同様のシステムが使用される場合、全ての印刷ヘッド16は、任意選択的にかつ好ましくは、走査方向に沿ったそれらの位置が互いにずらされ、割出し方向に沿って向き付けられる。   If a system similar to system 110 is used, all print heads 16 are optionally and preferably oriented along the index direction with their positions along the scan direction offset from one another.

システム10と同様のシステムが使用される場合、全ての印刷ヘッド16は、任意選択的にかつ好ましくは、それらの方位角位置が互いにずらされ、放射状に(放射方向と平行に)向き付けられる。したがって、これらの実施形態では、異なる印刷ヘッドのノズルアレイは互いに平行ではなく、むしろ互いに角度を成しており、その角度はそれぞれのヘッド間の方位角のずれに略等しい。例えば1つのヘッドは放射状に向き付け、かつ方位角位置φに配置することができ、別のヘッドは放射状に向き付け、かつ方位角位置φに配置することができる。この実施例では、2つのヘッド間の方位角のずれはφ−φであり、2つのヘッドのリニア・ノズル・アレイ間の角度もまたφ−φである。 When a system similar to system 10 is used, all print heads 16 are optionally and preferably offset in their azimuthal positions and oriented radially (parallel to the radial direction). Thus, in these embodiments, the nozzle arrays of the different print heads are not parallel to each other, but rather angled with respect to each other, the angle being approximately equal to the azimuthal misalignment between the respective heads. For example, one head can be oriented radially and placed at azimuthal position φ 1 , and another head can be oriented radially and placed at azimuthal position φ 2 . In this example, the azimuthal misalignment between the two heads is φ 12 , and the angle between the linear nozzle arrays of the two heads is also φ 12 .

一部の実施形態では、2つ以上の印刷ヘッドを組み立てて、1ブロックの印刷ヘッドにすることができる。その場合、そのブロックの印刷ヘッドは一般的に、互いに平行である。幾つかのインクジェット印刷ヘッド16a、16b、16cを含むブロックが図2Cに示される。   In some embodiments, two or more print heads can be assembled into a block of print heads. In that case, the print heads of that block are generally parallel to each other. A block including several inkjet print heads 16a, 16b, 16c is shown in FIG. 2C.

一部の実施形態では、システム10は、トレイ12が支持構造30とヘッド16との間にくるように、ヘッド16の下に位置する支持構造30を含む。支持構造30は、インクジェット印刷ヘッド16が作動している間発生することのあるトレイ12の振動を防止または低減するように働く。印刷ヘッド16が軸線14を中心に回転する構成では、支持構造30が常にヘッド16の真下にくるように(トレイ12と共にヘッド16とトレイ12の間で)支持構造30も回転することが好ましい。   In some embodiments, the system 10 includes a support structure 30 that is located below the head 16 such that the tray 12 is between the support structure 30 and the head 16. The support structure 30 serves to prevent or reduce vibration of the tray 12 that may occur while the inkjet print head 16 is in operation. In a configuration in which the print head 16 rotates about the axis 14, it is preferable that the support structure 30 also rotates so that the support structure 30 is always directly below the head 16 (between the head 16 and the tray 12 together with the tray 12).

トレイ12および/または印刷ヘッド16は、任意選択的にかつ好ましくは、トレイ12と印刷ヘッド16との間の垂直距離が変動するように垂直方向zに沿って垂直軸線14と平行に移動するように構成される。トレイ12を垂直方向に沿って移動させることによって垂直距離が変動する構成では、支持構造30もトレイ12と共に垂直方向に移動することが好ましい。トレイ12の垂直位置は固定されたままで、垂直距離がヘッド16によって垂直方向に沿って変動する構成では、支持構造30もまた固定垂直位置に維持される。   The tray 12 and / or print head 16 optionally and preferably move in parallel with the vertical axis 14 along the vertical direction z such that the vertical distance between the tray 12 and the print head 16 varies. Configured. In a configuration in which the vertical distance varies by moving the tray 12 along the vertical direction, it is preferable that the support structure 30 also move in the vertical direction together with the tray 12. In a configuration where the vertical position of the tray 12 remains fixed and the vertical distance varies along the vertical direction by the head 16, the support structure 30 is also maintained in a fixed vertical position.

垂直移動は垂直ドライブ28によって確立することができる。ある層が完成すると、次に印刷される層の所望の厚さに応じて所定の垂直間隔だけ、トレイ12とヘッド16との間の垂直距離を増大させることができる(例えばヘッド16に対してトレイ12を下降させる)。この手順は三次元物体112が層毎に形成されるように繰り返される。   Vertical movement can be established by the vertical drive 28. When a layer is completed, the vertical distance between the tray 12 and the head 16 can be increased by a predetermined vertical spacing (eg, relative to the head 16) depending on the desired thickness of the next printed layer. The tray 12 is lowered). This procedure is repeated so that the three-dimensional object 112 is formed layer by layer.

インクジェット印刷ヘッド16の向き、および任意選択的にかつ好ましくは、システム10の1つ以上の他の構成部品の向き、例えばトレイ12の移動の向きも、コントローラ20によって制御される。コントローラは電子回路および回路によって読出し可能な不揮発性記憶媒体を有することができ、記憶媒体は、回路によって読み出されたときに、以下でさらに詳述するように制御動作を回路に実行させるプログラム命令を格納する。   The orientation of the inkjet print head 16, and optionally and preferably also the orientation of one or more other components of the system 10, such as the direction of movement of the tray 12, is also controlled by the controller 20. The controller may have an electronic circuit and a non-volatile storage medium readable by the circuit, the storage medium being a program instruction that, when read by the circuit, causes the circuit to perform control operations as described in further detail below. Is stored.

コントローラ20はまた、例えば標準テッセレーション言語(STL)またはステレオリソグラフィ輪郭(SLC)フォーマット、仮想現実モデリング言語(VRML)、付加製造ファイル(AMF)フォーマット、図面交換フォーマット(DXF)、ポリゴン・ファイル・フォーマット(PLY)、またはコンピュータ支援設計(CAD)に適したいずれかの他のフォーマットの形のコンピュータ・オブジェクト・データに基づいて、製作命令に関するデジタルデータを送信するホストコンピュータ24と通信することもできる。オブジェクト・データ・フォーマットは一般的に、デカルト座標系に従って構成される。このような場合、コンピュータ24は、コンピュータ・オブジェクト・データにおける各スライスの座標をデカルト座標系から極座標系に変換するための手順を実行することが好ましい。コンピュータ24は、任意選択的にかつ好ましくは、変換された座標系で製作命令を送信する。代替的に、コンピュータ24は、コンピュータ・オブジェクト・データによって提供された元の座標系で、製作命令を送信することができ、その場合、座標の変換はコントローラ20の回路によって実行される。   The controller 20 may also include, for example, standard tessellation language (STL) or stereolithography contour (SLC) format, virtual reality modeling language (VRML), additive manufacturing file (AMF) format, drawing interchange format (DXF), polygon file format. (PLY), or any other format of computer object data suitable for computer-aided design (CAD), can also communicate with a host computer 24 that transmits digital data regarding production instructions. The object data format is generally constructed according to a Cartesian coordinate system. In such a case, the computer 24 preferably executes a procedure for converting the coordinates of each slice in the computer object data from the Cartesian coordinate system to the polar coordinate system. The computer 24 optionally and preferably transmits production instructions in the transformed coordinate system. Alternatively, the computer 24 can send the production instructions in the original coordinate system provided by the computer object data, in which case the coordinate transformation is performed by the circuitry of the controller 20.

座標の変換は回転トレイ上の三次元印刷を可能にする。従来の三次元印刷では、印刷ヘッドは静止トレイ上を直線に沿って往復運動する。そのような従来のシステムでは、ヘッドの吐出率が均一であることを前提として、印刷解像度はトレイ上のどの点でも同じである。従来の三次元印刷とは異なり、ヘッド点の全てのノズルが同時にトレイ12全体で同一距離をカバーするわけではない。座標の変換は、任意選択的にかつ好ましくは、異なる半径方向位置における過剰な材料の均等な量が確保されるように実行される。本発明の一部の実施形態に係る座標変換の代表的実施例が、物体の3つのスライスを示す図3A〜図3Fに提示される(各スライスは物体の異なる層の製作命令に対応する)。図3A、図3C、および図3Eはスライスをデカルト座標系で示し、図3B、図3D、および図3Fは、座標変換手順がそれぞれのスライスに適用された後の同じスライスを示す。   The transformation of coordinates enables three-dimensional printing on the rotating tray. In conventional three-dimensional printing, the print head reciprocates along a straight line on a stationary tray. In such a conventional system, the printing resolution is the same at any point on the tray, assuming that the ejection rate of the head is uniform. Unlike conventional three-dimensional printing, not all nozzles at the head point cover the same distance in the entire tray 12 at the same time. The coordinate transformation is optionally and preferably performed to ensure an equal amount of excess material at different radial locations. Representative examples of coordinate transformations according to some embodiments of the present invention are presented in FIGS. 3A-3F showing three slices of an object (each slice corresponding to a production order for a different layer of the object). . 3A, 3C, and 3E show the slices in a Cartesian coordinate system, and FIGS. 3B, 3D, and 3F show the same slices after the coordinate transformation procedure has been applied to each slice.

通常、コントローラ20は、製作命令に基づき、かつ下述する格納されたプログラム命令に基づいて、システム10のそれぞれの構成部品に印加される電圧を制御する。   Typically, the controller 20 controls the voltage applied to each component of the system 10 based on manufacturing instructions and based on stored program instructions described below.

一般的に、コントローラ20は、トレイ12の回転中に、トレイ12上で三次元物体を印刷するために構築材料の液滴を層状に吐出するように、印刷ヘッド16を制御する。   Typically, the controller 20 controls the print head 16 to eject build material droplets in layers to print a three-dimensional object on the tray 12 as the tray 12 rotates.

システム10は、任意選択的にかつ好ましくは、1つ以上の放射源18を備え、それは、使用するモデル材に応じて、例えば紫外線もしくは可視光もしくは赤外線ランプ、または他の電磁放射源、または電子ビーム源とすることができる。放射源は、発光ダイオード(LED)、デジタル・ライト・プロセシング(DLP)システム、抵抗ランプ等をはじめ、それらに限らず、任意の種類の放射線放出素子を含むことができる。放射源18はモデル材を硬化または凝固させるように働く。本発明の様々な例示的実施形態では、放射源18の動作はコントローラ20によって制御され、それは、放射源18を作動させたり停止させたりすることができ、かつ任意選択的に放射源18によって発生する放射線の量も制御することができる。   The system 10 optionally and preferably comprises one or more radiation sources 18 depending on the model material used, for example ultraviolet or visible light or infrared lamps, or other electromagnetic radiation sources, or electronic It can be a beam source. Radiation sources can include any type of radiation emitting element including, but not limited to, light emitting diodes (LEDs), digital light processing (DLP) systems, resistive lamps, and the like. The radiation source 18 serves to cure or solidify the model material. In various exemplary embodiments of the present invention, the operation of the radiation source 18 is controlled by the controller 20, which can activate and deactivate the radiation source 18 and optionally is generated by the radiation source 18. The amount of radiation emitted can also be controlled.

本発明の一部の実施形態では、システム10は、ローラまたはブレードとして製造することのできる1つ以上のレベリング装置32をさらに備える。レベリング装置32は、新たに形成された層を、次の層がその上に形成される前に矯正するのに役立つ。一部の実施形態では、レベリング装置32は円錐ローラの形状を有し、その対称軸線34がトレイ12の表面に対して傾斜し、かつその表面がトレイの表面と平行になるように配置される。この実施形態をシステム10の側面図に示す(図1C)。   In some embodiments of the present invention, the system 10 further comprises one or more leveling devices 32 that can be manufactured as rollers or blades. Leveling device 32 serves to straighten the newly formed layer before the next layer is formed thereon. In some embodiments, the leveling device 32 has the shape of a conical roller and is arranged so that its axis of symmetry 34 is inclined with respect to the surface of the tray 12 and that surface is parallel to the surface of the tray. . This embodiment is shown in a side view of the system 10 (FIG. 1C).

円錐ローラは円錐または円錐台の形状を有することができる。   The conical roller can have the shape of a cone or a truncated cone.

円錐ローラの開き角は、その軸線34に沿った任意の位置における円錐の半径と、その位置と軸線14との間の距離との比率が一定になるように選択されることが好ましい。ローラが回転する間、ローラの表面上の点pはどれも、点pの鉛直下方に位置する点のトレイの線速度に比例する(例えば同一の)線速度を有するので、この実施形態はローラ32が層を効率的に平準化することを可能にする。一部の実施形態では、ローラは高さh、軸線14から最も近い距離位置における半径R、および軸線14から最も遠い距離位置における半径Rを有する円錐台の形状を有する。ここでパラメータh、R、およびRは、R/R=(R−h)/hの関係を満たし、ここでRは軸線14からのローラの最遠距離である(例えばRはトレイ12の半径とすることができる)。 The opening angle of the conical roller is preferably selected so that the ratio between the radius of the cone at any position along its axis 34 and the distance between that position and the axis 14 is constant. While the roller rotates, every point p on the surface of the roller has a linear velocity proportional to (eg, the same as) the linear velocity of the tray located vertically below point p, so this embodiment is a roller 32 makes it possible to level the layers efficiently. In some embodiments, the roller has the shape of a truncated cone having a height h, a radius R 1 at a distance closest to the axis 14 and a radius R 2 at a distance farthest from the axis 14. Where parameters h, R 1 and R 2 satisfy the relationship R 1 / R 2 = (R−h) / h, where R is the farthest distance of the roller from axis 14 (eg, R is The radius of the tray 12).

レベリング装置32の動作は、任意選択的にかつ好ましくは、コントローラ20によって制御される。コントローラは、レベリング装置32を作動させたり停止させたりすることができ、かつ任意選択的に、垂直方向(軸線14と平行)に沿ったその位置、および/または放射方向(トレイ12と平行に、軸線14に近づくかまたはそれから離れる方向)に沿ったその位置をも制御することができる。   The operation of the leveling device 32 is optionally and preferably controlled by the controller 20. The controller can activate and deactivate the leveling device 32 and, optionally, its position along the vertical direction (parallel to the axis 14) and / or the radial direction (parallel to the tray 12) Its position along the direction towards or away from the axis 14 can also be controlled.

本発明の一部の実施形態では、印刷ヘッド16は、径方向rに沿ってトレイに対して往復運動するように構成される。これらの実施形態は、ヘッド16のノズルアレイ22の長さがトレイ12上の作業領域26の径方向に沿った幅より短いときに、有用である。径方向に沿ったヘッド16の運動は、任意選択的にかつ好ましくはコントローラ20によって制御される。   In some embodiments of the invention, the print head 16 is configured to reciprocate relative to the tray along the radial direction r. These embodiments are useful when the length of the nozzle array 22 of the head 16 is shorter than the width along the radial direction of the work area 26 on the tray 12. Movement of the head 16 along the radial direction is optionally and preferably controlled by the controller 20.

一部の実施形態は、異なる吐出ヘッドから異なる材料を吐出することによって物体を製作することを企図している。これらの実施形態は、とりわけ、所与の数の材料から材料を選択し、かつ選択された材料およびそれらの性質の所望の組合せを画定する能力を提供する。本実施形態によれば、異なる材料による異なる三次元空間位置の占有を達成するか、あるいは2つ以上の異なる材料による略同一の三次元位置または隣接する三次元位置の占有を達成するように、層における各材料の堆積の空間位置が画定され、層内の材料の堆積後の空間的組合せが可能になり、それによってそれぞれの位置(単数または複数)で複合材料を形成することが可能になる。   Some embodiments contemplate making an object by ejecting different materials from different ejection heads. These embodiments provide, inter alia, the ability to select a material from a given number of materials and define the desired combination of selected materials and their properties. According to this embodiment, to occupy different three-dimensional spatial positions by different materials, or to occupy substantially the same or adjacent three-dimensional positions by two or more different materials, The spatial location of the deposition of each material in the layer is defined, allowing a post-deposition spatial combination of materials in the layer, thereby allowing the composite material to be formed at the respective location (s) .

モデル材の任意の堆積後の組合せまたは混合が企図される。例えば特定の材料が吐出された後、それはその元の性質を維持することができる。しかし、別のモデル材または他の吐出材料と同時に、同じ位置あるいは近傍位置で吐出された場合、吐出された材料とは異なる性質を有する複合材料が形成される。   Any post-deposition combination or mixing of model materials is contemplated. For example, after a particular material has been dispensed, it can maintain its original properties. However, when discharged at the same position or in the vicinity of another model material or another discharge material, a composite material having a property different from that of the discharged material is formed.

こうして本実施形態は、広範囲の材料の組合せの堆積を可能にし、かつ物体の各部分を特徴付けるために望ましい特性に応じて、物体の異なる部分を複数の異なる材料の組合せから構成することのできる物体の製作を可能にする。   Thus, this embodiment allows for the deposition of a wide range of material combinations, and an object in which different parts of an object can be composed of a combination of different materials, depending on the properties desired to characterize each part of the object. Making it possible.

本実施形態に適したAMシステムの原理および動作のさらなる詳細は米国特許第9031680号に見られ、その内容を参照によって本書に援用する。   Further details of the principles and operation of an AM system suitable for this embodiment can be found in US Pat. No. 9031680, the contents of which are hereby incorporated by reference.

次に図4を参照すると、それは本実施形態に係る付加製造機器の廃インク処理サブシステムを示す簡易図である。図1Aに関して上述した通り、付加製造機器114は、ローラ326のような1つ以上のレベリング装置をさらに備える。レベリング装置326は、新たに形成された層の厚さを、その上に次の層が形成される前に矯正し、平準化し、かつ/または確立するように働く。レベリング装置326は、平準化中に発生した過剰な樹脂材を回収するための廃棄物回収装置136を含むことが好ましい。廃棄物回収装置136は、材料を廃棄物タンクまたは廃棄物カートリッジ400に送達するいずれかの機構を含んでよい。カートリッジ400内に内蔵されてよい廃インク硬化装置402は、廃棄材料または廃インク404をカートリッジ400内に回収した後で硬化させるために、発光ダイオードまたは1つ以上の発光ダイオードバンクのようなエネルギ源を含む。   Reference is now made to FIG. 4, which is a simplified diagram illustrating the waste ink processing subsystem of the additive manufacturing device according to the present embodiment. As described above with respect to FIG. 1A, additive manufacturing equipment 114 further includes one or more leveling devices, such as rollers 326. Leveling device 326 serves to correct, level, and / or establish the thickness of the newly formed layer before the next layer is formed thereon. The leveling device 326 preferably includes a waste collection device 136 for collecting excess resin material generated during leveling. The waste collection device 136 may include any mechanism that delivers material to a waste tank or waste cartridge 400. The waste ink curing device 402, which may be contained within the cartridge 400, is an energy source such as a light emitting diode or one or more light emitting diode banks for curing the waste material or waste ink 404 after being collected in the cartridge 400. including.

次に図5を参照すると、それは廃インク回収装置136をより詳細に示している。装置は、内部ポンプを有してよいローラ326に接続され、かつローラ326から廃インクを回収するリザーバ410を含む。リザーバはさらに、印刷ヘッドの周期的パージングなどの印刷ヘッドの保守作業から、廃インクを回収することができる。配管系412は、一般的に重力を利用して廃インクをリザーバからカートリッジ400への排水口または廃棄物出口管414に排出させ、リザーバ410からインクを回収する。シャワーヘッド構成を有する分配ヘッド416は、シャワーヘッド入口418からウィッキングチャネルを介して、回収カートリッジ400の領域全体に均等に分布するドリップ点420へ廃インクを分配する。後でさらに詳述するように、カートリッジの回収面全体に廃インクを均等に吐出させるという着想である。   Referring now to FIG. 5, it shows the waste ink collection device 136 in more detail. The apparatus includes a reservoir 410 that is connected to a roller 326 that may have an internal pump and that collects waste ink from the roller 326. The reservoir can further collect waste ink from printhead maintenance operations such as periodic purging of the printhead. The piping system 412 generally collects ink from the reservoir 410 by discharging waste ink from the reservoir to the cartridge 400 or the waste outlet pipe 414 using gravity. A dispensing head 416 having a showerhead configuration dispenses waste ink from the showerhead inlet 418 via the wicking channel to drip points 420 that are evenly distributed throughout the area of the collection cartridge 400. As will be described in detail later, the idea is to uniformly discharge the waste ink over the entire collecting surface of the cartridge.

次に図6を参照すると、それは分配ヘッド416のシャワーヘッド構成の上からの略図である。廃棄物管414からの4つの入口418の各々は、一連のウィッキングチャネル422に通じ、次いで11個のドリップ点またはドリップ案内部出口420に通じる。ドリップ点の着想は、廃棄物出口をカートリッジを介して均等に分散させることである。廃棄物回収カートリッジの床全体における廃インクの均等な分散のために、ドリップ点は分散アレイとして配設される。   Reference is now made to FIG. 6, which is a schematic top view of the dispensing head 416 showerhead configuration. Each of the four inlets 418 from the waste tube 414 leads to a series of wicking channels 422 and then to eleven drip points or drip guide outlets 420. The idea of the drip point is to distribute the waste outlet evenly through the cartridge. The drip points are arranged as a distributed array for even distribution of waste ink throughout the floor of the waste collection cartridge.

次に図7および図8を参照すると、それらは廃インク404がカートリッジ400の床全体に分散する連続的段階を示す。図7では、区別できる液滴が明瞭であるが、図8では、より多くのインクが到着し、液滴は合体している。本実施形態では、液滴は、硬化を実行する前に合体する時間を与えられる。すなわち、硬化エネルギ源は、インクがカートリッジ内に均等に分配されるだけの時間が経過した後でだけ作動する。硬化装置の動作は、例えば廃インクの流量に応じて設定されてよい。流量が大きければ大きいほど、硬化は早く、またはより頻繁に実行される。硬化を実行する前に液滴が合体し損なうと、下述するように石筍の形成を導くことがある。   Referring now to FIGS. 7 and 8, they show successive stages in which the waste ink 404 is distributed throughout the floor of the cartridge 400. In FIG. 7, the distinguishable droplets are clear, but in FIG. 8, more ink arrives and the droplets coalesce. In this embodiment, the droplets are given time to coalesce before performing curing. That is, the curing energy source is activated only after a time period has elapsed for ink to be evenly distributed within the cartridge. The operation of the curing device may be set according to the flow rate of waste ink, for example. The higher the flow rate, the faster or more often the curing is performed. If the droplets fail to coalesce before performing curing, they can lead to the formation of sarcophagus, as described below.

次に図9を参照すると、それは、紫外発光ダイオード(LED)の取付け台バンクとしての硬化エネルギ源を示す、カートリッジ400の簡易図である。バンクは、インクが全部硬化されかつ液貯まりが残っているような影が存在しないように、カートリッジ内の廃インク全体を均等に照射するように設置される。本実施形態では、3つのバンクが設けられる。第1バンク430は、カートリッジ400に沿って片側に向けて長さ方向に配置される。第2バンクはシャワーヘッドがあるため分かりにくいが、バンク430の反対側に当たるカートリッジの第2の側に長さ方向に配置される。どちらのバンクも斜角に設置され、第3バンク432は出口点の上で分配ヘッドに長さ方向に配置される。第3バンク432は、処理中に有害な液状樹脂がカートリッジ内のどこにも残らないことを確実にするために、カートリッジ400が満杯になったときに硬化作業を実行し、分配ヘッド416に残ったインク、未滴下インクを硬化させる。   Reference is now made to FIG. 9, which is a simplified diagram of a cartridge 400 showing a source of curing energy as a mounting bank for ultraviolet light emitting diodes (LEDs). The bank is installed so as to uniformly irradiate the entire waste ink in the cartridge so that there is no shadow that the ink is completely cured and the liquid pool remains. In the present embodiment, three banks are provided. The first bank 430 is arranged in the length direction toward one side along the cartridge 400. The second bank is difficult to understand because of the presence of the shower head, but is arranged in the longitudinal direction on the second side of the cartridge that hits the opposite side of the bank 430. Both banks are installed at an oblique angle, and the third bank 432 is disposed in the lengthwise direction on the dispensing head above the exit point. The third bank 432 performed a curing operation when the cartridge 400 was full and remained in the dispensing head 416 to ensure that no harmful liquid resin remained anywhere in the cartridge during processing. Ink and undripped ink are cured.

次に図10を参照すると、それは、分配ヘッド416の底部で各々のドリップ点420の周りに配置された遮蔽物440を示す簡略図である。遮蔽物は、LEDからの硬化エネルギからドリップ点を保護するために設けられる。さもなくば、ドリップ点で硬化したインクはドリップ点を閉塞し、あるいは後でさらに詳述するようにつらら石の形成を導くことがある。遮蔽物は直接照射から保護し、かつ多くの方向からの反射による照射から保護することもある。廃インク面からドリップ点への直線的正反射は防止できないが、そのような反射の総エネルギは、有効な硬化を引き起こすのに充分ではない。すなわち、直接的な垂直方向の光線は最小限であり、カートリッジの底のインクからの正反射によってのみ引き起こされる。上述の通り、LEDバンクは斜角で床に向けられ、したがってドリップ出口点に達するいかなる直接反射をも防止する。   Reference is now made to FIG. 10, which is a simplified diagram showing a shield 440 disposed around each drip point 420 at the bottom of the dispensing head 416. A shield is provided to protect the drip point from the curing energy from the LED. Otherwise, ink cured at the drip point may block the drip point or lead to the formation of icicles as will be described in more detail later. Shields protect against direct irradiation and may also protect against irradiation from reflections from many directions. Although linear specular reflection from the waste ink surface to the drip point cannot be prevented, the total energy of such reflection is not sufficient to cause effective curing. That is, direct vertical light is minimal and is caused only by specular reflection from the ink at the bottom of the cartridge. As described above, the LED bank is directed to the floor at an oblique angle, thus preventing any direct reflection reaching the drip exit point.

遮蔽物はフードまたは各ドリップ点を包囲し下方に延びる筒状延長部の形を取ることができる。図11は、ウィッキングチャネル422、ドリップ点420、および遮蔽物440の切欠き図を示す。   The shield can take the form of a hood or a cylindrical extension that extends around and surrounds each drip point. FIG. 11 shows a cutaway view of wicking channel 422, drip point 420, and shield 440.

次に図12A、図12B、および図12Cを参照すると、それらはそれぞれ、カートリッジ400の略縦断面図、カートリッジの略横断面図、および遮蔽物アレイの略下面図である。図12Aは、不透明なプラスチックから作られたシャワーヘッドまたはドリップアレイ416、および透明なプラスチックから作られてよいカートリッジ本体壁460を示す。遮蔽物440は不透明なプラスチック製である。図12Bでは、ドリップ点420が実際には、ドリップが形成され成長する先の尖った終端であることが分かる。ドリップを案内するために、遮蔽物内の各ドリップ点の下にシャベル450が設けられてよい。ドリップはシャベル上に落下し、次いで、迷走UV光による目詰まりをより起こしにくい、より大きい開口を介して排出する。図12Cには、ドリップ点が周囲の遮蔽物および各ドリップ点の下のシャベルと共に示される。   Referring now to FIGS. 12A, 12B, and 12C, which are a schematic longitudinal cross-sectional view of the cartridge 400, a schematic cross-sectional view of the cartridge, and a schematic bottom view of the shield array, respectively. FIG. 12A shows a showerhead or drip array 416 made from opaque plastic and a cartridge body wall 460 that may be made from clear plastic. The shield 440 is made of an opaque plastic. In FIG. 12B, it can be seen that the drip point 420 is actually the pointed end where the drip is formed and grows. A shovel 450 may be provided under each drip point in the shield to guide the drip. The drip falls onto the shovel and then exits through a larger opening that is less prone to clogging by stray UV light. In FIG. 12C, the drip points are shown with surrounding shielding and a shovel under each drip point.

ドリップ案内部の形状は、ドリップ点におけるつらら石の形成を防止するように設計される。したがって、ドリップ点が露出していると、ドリップ案内部からつらら石が形成されることがある。液滴がドリップ案内部から落下するまで、液滴をUV露光から遮蔽するドリップ案内部の設計は、この挙動を示さない。   The shape of the drip guide is designed to prevent icicle stone formation at the drip point. Therefore, if the drip point is exposed, icicle stones may be formed from the drip guide. The drip guide design that shields the droplet from UV exposure does not exhibit this behavior until the droplet falls from the drip guide.

次に図13Aおよび図13Bを参照すると、それらは、カートリッジ400が満杯であるか否かを検出する液位検出器470の略側面図である。液位検出器470は、不透明な離隔棒476によって分離されかつ透明なカートリッジ壁460の外に配置される、エミッタ472および検出器474を含む。図13Aに示す実施例では、そのような液位センサが3個存在し、図13Bにおいて、上部の画像は、廃棄物の不在時にはエミッタからの光が検出器に反射しないことを示す。下部の画像では、廃棄材料がエミッタからビームを反射するので、それが検出器に検知され、こうしてカートリッジは、それがどの程度充填されたか、およびその交換が必要になったときを決定することができる。   Reference is now made to FIGS. 13A and 13B, which are schematic side views of a liquid level detector 470 that detects whether the cartridge 400 is full. The level detector 470 includes an emitter 472 and a detector 474 that are separated by an opaque spacer 476 and disposed outside the transparent cartridge wall 460. In the example shown in FIG. 13A, there are three such level sensors, and in FIG. 13B, the top image shows that light from the emitter does not reflect back to the detector in the absence of waste. In the bottom image, the waste material reflects the beam from the emitter so that it is detected by the detector, thus the cartridge can determine how much it has been filled and when it needs to be replaced. it can.

満杯のカートリッジは、ユニットの後部の液位検出器470によって検出される。   A full cartridge is detected by a liquid level detector 470 at the rear of the unit.

カートリッジが満杯であることを検出すると、印刷は中断され、残留している廃棄物はカートリッジ内に流入する。UV光の最終パルスが、側面に取り付けられたLEDストリップ430によって提供され、カートリッジの主チャンバ内の最後の廃棄物を硬化させる。シャワー・ヘッド・アセンブリの頂部に位置する第3のLEDストリップ432(図9参照)は次いで、ウィッキングチャネルに残っているすべての材料を硬化させる。   When it detects that the cartridge is full, printing is interrupted and the remaining waste flows into the cartridge. The final pulse of UV light is provided by LED strips 430 attached to the sides to cure the last waste in the main chamber of the cartridge. A third LED strip 432 (see FIG. 9) located on top of the shower head assembly then cures any material remaining in the wicking channel.

カートリッジはユーザが安全に取り外して処分することができ、新しい廃棄物カートリッジが設置された後、印刷が再開される。   The cartridge can be safely removed and disposed of by the user, and printing is resumed after a new waste cartridge is installed.

次に図14を参照すると、それは、透明なカートリッジ壁460内にプリズム480が成形された、液位検出器470の変形例を示す。プリズムは、カートリッジが空のときに内部全反射を引き起こすが、カートリッジが満杯のときに反射できない屈折率を持つように設計される。図13Aおよび図13Bに優るプリズム実施形態の利点は、光が検出されるのがデフォルト位置であることである。   Reference is now made to FIG. 14, which shows a variation of the liquid level detector 470 in which a prism 480 is molded in a transparent cartridge wall 460. The prism is designed to have a refractive index that causes total internal reflection when the cartridge is empty, but cannot reflect when the cartridge is full. An advantage of the prism embodiment over FIGS. 13A and 13B is that light is detected in the default position.

次に図15を参照すると、それは付加製造中の廃インクの管理方法を示している。製造が行われ(490)、廃インクは取り除かれ、回収される(492)。回収後に、廃インクは硬化され(494)、次いで廃棄のため固形の塊として取り出される(496)。   Reference is now made to FIG. 15, which shows a method for managing waste ink during additive manufacturing. Manufacturing is performed (490), and the waste ink is removed and collected (492). After collection, the waste ink is cured (494) and then removed as a solid mass for disposal (496).

次に図16を参照すると、それは本発明の一実施形態に係る硬化の制御方法を示す簡易流れ図である。廃棄物の流量は監視または推測され(500)、硬化は、より低い流量にはより長く、より高い流量にはより短い間隔で実行される。加えて、硬化エネルギ源は、インク滴が均等に分配される充分な時間、すなわち液滴が成長して溶け込まされるのに充分な時間を取った場合に作動するように制限することができる。   Reference is now made to FIG. 16, which is a simplified flow diagram illustrating a cure control method according to one embodiment of the present invention. Waste flow is monitored or inferred (500), and curing is performed at longer intervals for lower flow rates and at shorter intervals for higher flow rates. In addition, the curing energy source can be limited to operate when sufficient time is allowed for the ink droplets to be evenly distributed, i.e., sufficient time for the droplets to grow and melt.

タイミングと硬化の量を意味する適用量とを流量に整合させることで、石筍の形成が防止される。適用量が高すぎると、樹脂が硬化前に拡散する時間が無いので、石筍が形成される。他方、適用量が低すぎると、貯留部が形成され得る。貯留部が深すぎると、UVは貯留部の上に層を硬化することができ、下に液状樹脂が閉じ込められる。これが起きると、閉じ込められた液体は、その上の硬化した層がUVを遮断するので、硬化することができない。   The formation of sarcophagus is prevented by matching the timing and the applied amount, which means the amount of curing, to the flow rate. If the amount applied is too high, there will be no time for the resin to diffuse before curing, so sarcophagus is formed. On the other hand, if the amount applied is too low, a reservoir can be formed. If the reservoir is too deep, UV can cure the layer on top of the reservoir and confine the liquid resin below. When this happens, the trapped liquid cannot be cured because the cured layer above it blocks UV.

サーボコントローラ付き蠕動ポンプを用いて試験を実施した。2つの8ワットUV LEDライトストリップを使用して硬化を実行し、サイクルタイマに取り付けた。タイミングは14ml/分の最大廃棄物流量、およびObjet VeroBlack樹脂とFC705サポート樹脂の50‐50混合の混合物に基づいた(どちらもイスラエル国のストラタシス社製)。   The test was conducted using a peristaltic pump with a servo controller. Curing was performed using two 8 watt UV LED light strips and attached to a cycle timer. Timing was based on a maximum waste flow rate of 14 ml / min and a 50-50 mixture of Object VeroBlack resin and FC705 support resin (both from Stratasys, Israel).

未硬化樹脂は貯蔵された廃棄物内のポケットから漏れることがあり、廃棄物を有害にする。   Uncured resin can leak from pockets in stored waste, making the waste harmful.

次に図17を参照すると、それはカートリッジにおける廃樹脂の蓄積の5つの連続的段階を示す。樹脂が基本的に平坦な層状に蓄積することを見ることができる。   Reference is now made to FIG. 17, which shows five successive stages of waste resin accumulation in the cartridge. It can be seen that the resin accumulates in an essentially flat layer.

図18は、カートリッジから取り出された硬化した廃棄物210を示す。縁部212は層化の証拠を明示する。   FIG. 18 shows the hardened waste 210 removed from the cartridge. Edge 212 reveals evidence of stratification.

次に図19を参照すると、それは石筍220の形成を示している。石筍は、硬化適用量が高すぎて、廃棄物が拡散する機会を持たないうちに硬化したときに、形成される。適用量が低すぎると、未硬化樹脂の貯留部が残り、それは硬化した樹脂の下に埋もれてしまい、したがってその後硬化することができない。   Referring now to FIG. 19, it shows the formation of a sarcophagus 220. A sarcophagus is formed when the cure application is too high and the waste is cured before it has the opportunity to diffuse. If the amount applied is too low, a reservoir of uncured resin remains, which is buried under the cured resin and therefore cannot be cured thereafter.

次に図20を参照すると、それは、適用量が低すぎる場合に起きることを示している。廃樹脂は2つに切断され、ポケット230が形成されたことが分かる。ポケットは未硬化樹脂を含み、それは貯留部232に漏れ出す。   Referring now to FIG. 20, it shows what happens when the dosage is too low. It can be seen that the waste resin was cut into two and the pockets 230 were formed. The pocket contains uncured resin that leaks into the reservoir 232.

次に図21A〜図21Cを参照する。つらら石および石筍の存在はさらにシャドーイングを引き起こし、特定の領域からUVを遮断し、一般的にこれらの領域に低すぎる硬化適用量をもたらす。その結果、多数の未硬化樹脂のポケットが生じる。図21Aはシャドーイングが生じた領域の断面を示し、そこに多くのそのようなポケット240を見ることができる。図21Bは、石筍の後ろに現われる未硬化樹脂の貯留部242を示し、図21Cは対照的に、シャドーイングが生じなかった領域の断面を示し、そこに良好な層化244が見られ、液体ポケットは存在しない。   Reference is now made to FIGS. The presence of icicle stones and stalagmites further causes shadowing and blocks UV from certain areas, generally resulting in a cure application dose that is too low for these areas. The result is a large number of uncured resin pockets. FIG. 21A shows a cross section of an area where shadowing has occurred, in which many such pockets 240 can be seen. FIG. 21B shows the uncured resin reservoir 242 appearing behind the sarcophagus, and FIG. 21C, in contrast, shows a cross-section of the area where shadowing did not occur, in which good stratification 244 was seen, There are no pockets.

次に図22を参照すると、それは三角形250を用いて、黄色の円で象徴的に示された照明点252からの照明パターンを示している。全てのドリップ点が両側から直接照射を受けるようにしたドリップ案内部およびLEDの配置は、影を生じる特徴が形成されても、両側から完全に影になる点が生じないことを確実にする。   Referring now to FIG. 22, it shows the illumination pattern from illumination point 252 symbolized by a yellow circle using triangle 250. The arrangement of drip guides and LEDs so that all drip points receive direct illumination from both sides ensures that even if a shadowing feature is formed, there will be no points completely shadowed from both sides.

より一般的に、優れたドリップ案内部の設計、流量に整合させたUVタイミング、およびLED/ドリップ案内部の配置の組合せは、影に関連付けられる問題を防止することができる。ドリップ案内部の設計およびUVのタイミングは、つらら石および石筍の形成を防止し、したがって影の形成を防止または低減することができる。この設計はまた、ドリップ点が少なくとも2つの光源から少なくとも照射され、したがって影を生じる特徴が実際形成された場合の問題を緩和することも確実にすることができる。   More generally, a combination of a good drip guide design, UV timing matched to the flow rate, and LED / drip guide placement can prevent problems associated with shadows. The drip guide design and UV timing can prevent the formation of icicles and stalagmites, thus preventing or reducing the formation of shadows. This design can also ensure that the drip point is at least illuminated from at least two light sources, thus alleviating the problem when a shadowing feature is actually formed.

次に図23を参照すると、それは、廃棄物処理システムの一実施形態の組み立てられた状態の図260を示す。これまでの実施形態と同様に、システムは以下を含む特定の機能を有する。
1)廃樹脂を移送し、廃棄物カートリッジ内に樹脂を均等に分配する。
2)廃樹脂が生じたときに、それを硬化させる。
3)カートリッジが満杯になった後、廃インクが全部硬化され、したがって満杯のカートリッジを処分する前に化学的に安全であることを確実にするために、最終硬化プロセスを実行する。
Referring now to FIG. 23, it shows an assembled view 260 of one embodiment of a waste treatment system. As in previous embodiments, the system has specific functions including:
1) Transfer the waste resin and distribute the resin evenly in the waste cartridge.
2) When waste resin is produced, it is cured.
3) After the cartridge is full, perform a final cure process to ensure that all waste ink is cured and thus chemically safe before disposing of the full cartridge.

廃樹脂は、ヘッドの保守手順を実行する保守ステーション、およびローラの2つの場所で発生する。これらの場所からの廃棄物は、管および継手から成る配管セットを介して、廃棄物硬化システムに移送される。より長い管262はローラから廃棄物を得、より短い管264は保守ステーションから廃棄物を得る。配管セットはローラおよび保守ステーションから来る廃樹脂の流れを2つの管の間の接合部266で合流させ、流れを廃棄物ダイバータ268の単一の入口に送達する。図24の分解組立図を参照されたい。この移送は通常、重力によって誘導される。しかし、本発明の一部の実施形態では、配管セットにおける廃棄材料の移送は、蠕動ポンプのような1つ以上の機械的装置によって制御されてよい。   Waste resin is generated at two locations: a maintenance station that performs the maintenance procedure of the head and a roller. Waste from these locations is transferred to a waste curing system via a piping set consisting of tubes and fittings. The longer tube 262 gets waste from the rollers and the shorter tube 264 gets waste from the maintenance station. The piping set merges the flow of waste resin coming from the roller and maintenance station at the junction 266 between the two tubes and delivers the flow to a single inlet of the waste diverter 268. See the exploded view of FIG. This transfer is usually induced by gravity. However, in some embodiments of the invention, the transfer of waste material in the piping set may be controlled by one or more mechanical devices such as peristaltic pumps.

この時点から、カートリッジの容器内への廃棄材料の均等な分散は、廃棄物ダイバータ268およびシャワーヘッド270の構成部品によって取り扱われる。図25に関連して、廃棄物ダイバータ268は流れを均等に配置された4つのドリップ点272、274、276、および278に分割する。これらのドリップ点はシャワーヘッド270の4つの入口と整列し、各ドリップ点への通路は同一長さである。図示する実施例では、この結果は、より遠いドリップ点276および278へのより直線状のチャネルとは対照的に、より近いドリップ点272および274へのループ状のチャネルを使用することによって達成される。距離は同じであるという事実は、全ての経路で液圧が同じであることを確実にすることに役立つ。再び、優先される経路が無く、樹脂の流量が可能な限り均等になることを確実にするために、経路は同一高さに配置されてよい。   From this point on, the even distribution of waste material within the cartridge container is handled by the waste diverter 268 and showerhead 270 components. With reference to FIG. 25, the waste diverter 268 divides the flow into four evenly spaced drip points 272, 274, 276, and 278. These drip points are aligned with the four inlets of the showerhead 270 and the passages to each drip point are the same length. In the illustrated embodiment, this result is achieved by using a looped channel to the closer drip points 272 and 274 as opposed to a more linear channel to the farther drip points 276 and 278. The The fact that the distance is the same helps to ensure that the hydraulic pressure is the same in all paths. Again, the paths may be arranged at the same height to ensure that there is no preferred path and that the resin flow is as uniform as possible.

大きい開口280は、シャワーヘッド270に残っている廃棄材料を硬化し、かつ標準ごみ箱に廃棄する前に廃棄物カートリッジを密封するためのLEDランプの挿置を可能にする。ランプの分布は、カートリッジを処分する前に、シャワーヘッド270に存在する残存材料を全部硬化させることを確実にするように行われる。安全開口282は、廃棄物が溢れる状態になった場合に、廃棄物ダイバータ268から廃棄材料を退避させるのを助けるために、シャワーヘッド270のドリップ点の少なくとも幾つかの上に位置する。   The large opening 280 cures the waste material remaining in the showerhead 270 and allows for the insertion of an LED lamp to seal the waste cartridge prior to disposal in a standard waste bin. The lamp distribution is made to ensure that any remaining material present in the showerhead 270 is cured before the cartridge is disposed of. A safety opening 282 is located over at least some of the drip points of the showerhead 270 to help evacuate waste material from the waste diverter 268 in the event of waste overflow.

次に図26Aを参照すると、それはシャワーヘッド270の簡易図である。シャワーヘッド270は廃棄物ダイバータ268の4つのドリップ点と合致し、4つの流れの各々を、十字と対角線パターン284の6つの新しいドリップ点に分割して、全部で24個のドリップ点を形成する。24個のドリップ点は、シャワーヘッドのドリップ点がカートリッジの平面図で均等に配置されるので、カートリッジにおける樹脂の均等な分散を確実にする。こうして、樹脂は、廃棄物カートリッジの容器部分内に滴下するにつれて、均等に堆積する。硬化LEDは断続的に点灯するだけであるので、廃棄物は、硬化サイクルの間に、その液位を確認して比較的均等な層に合流するための時間が得られる。廃棄物ダイバータ268およびシャワーヘッドの両方を介する移送は、重力とウィッキングの組合せによって引き起こされる。しかし、本発明の一部の実施形態では、廃棄物ダイバータおよび/またはシャワーヘッドにおける廃棄材料の移送は、蠕動ポンプのような1つ以上の機械的装置によって制御されてよい。   Referring now to FIG. 26A, it is a simplified view of the showerhead 270. The showerhead 270 matches the four drip points on the waste diverter 268 and divides each of the four streams into six new drip points on the cross and diagonal pattern 284 to form a total of 24 drip points. . The 24 drip points ensure even distribution of the resin in the cartridge because the drip points of the showerhead are evenly arranged in the plan view of the cartridge. Thus, the resin deposits evenly as it drops into the container portion of the waste cartridge. Since the curing LED only lights up intermittently, the waste has time to check its liquid level and merge into a relatively uniform layer during the curing cycle. Transfer through both the waste diverter 268 and the showerhead is caused by a combination of gravity and wicking. However, in some embodiments of the invention, the transfer of waste material in the waste diverter and / or showerhead may be controlled by one or more mechanical devices such as peristaltic pumps.

図26Bは、十字および対角線パターン284の詳細を示す。シャワーヘッドは、角部の丸みを使用してウィッキングを助長または阻止することを示す。樹脂は、印刷ヘッド発射チャンバの小さい範囲内にウィッキングされるように特別に設計される。これは、印刷ヘッドをプライミングし、かつプライミングされた状態を維持するのに役立つ。当然のことながら、樹脂からの積極的なウィッキング挙動は、印刷ヘッドの外側でも起きる。ウィッキング作用は、半径が小さいかあるいは半径の無い狭い隅部で最もよく発生するので、樹脂の流出または滞留を希望する場所に、鋭利な隅部が実現される。こうして、シャワーヘッドには、樹脂が流動するように意図された流路の内側の底部に鋭利な隅部が設けられる。逆に、流路の外壁は、流路からのいかなるウィッキングをも阻止するために、非常に大きい半径を有する。   FIG. 26B shows details of the cross and diagonal pattern 284. The showerhead indicates that corner rounding is used to help or prevent wicking. The resin is specially designed to be wicked within a small area of the printhead firing chamber. This helps to prime the print head and keep it primed. Of course, the positive wicking behavior from the resin also occurs outside the print head. The wicking action occurs most often at narrow corners with a small or no radius, so that sharp corners are realized where resin drainage or stagnation is desired. Thus, the shower head is provided with a sharp corner at the bottom inside the flow path intended for the resin to flow. Conversely, the outer walls of the flow path have a very large radius to prevent any wicking from the flow path.

材料の均等な分散が達成されると、一貫した層の厚さ、およびしたがって優れた硬化性能がもたらされる。本実施形態の廃棄物硬化システムでは、単一の入口への流れは、上述の通り、廃棄物ダイバータ268およびシャワーヘッド270によって、24個の別々の流れに分割される。記載したこの設計要素は、流れをシャワーヘッド270の24個のドリップ点の間に均等に分割されることを確実にする。   When an even distribution of the material is achieved, it results in a consistent layer thickness and thus excellent curing performance. In the waste curing system of this embodiment, the flow to a single inlet is divided into 24 separate streams by the waste diverter 268 and the showerhead 270 as described above. This design element described ensures that the flow is evenly divided between the 24 drip points of the showerhead 270.

再び図24を参照すると、側面ストリップ290は、カートリッジの容器内部の樹脂に硬化を実行する1つ以上のプリント回路アセンブリ(PCA)上に幾つかのLED素子を保持している。   Referring again to FIG. 24, the side strip 290 holds several LED elements on one or more printed circuit assemblies (PCAs) that perform curing on the resin inside the cartridge container.

特定の実施形態では、硬化機能は、容器294の両側の研磨されたシート・メタル・リフレクタ292上に配置された、少なくとも2つのそのようなUV LED担持側面ストリップ290を介して達成される。リフレクタ292は、LEDからの光を容器内部で散乱させるのを助け、それによって硬化の均等性を向上させることができる。周期的に、廃棄物が生じると、LEDは硬化サイクルのために作動して、容器の床または容器内の硬化した樹脂の上に蓄積された液状廃棄物の層を硬化させる。   In certain embodiments, the curing function is achieved through at least two such UV LED-carrying side strips 290 disposed on a polished sheet metal reflector 292 on both sides of the container 294. The reflector 292 can help scatter the light from the LED inside the container, thereby improving the uniformity of curing. Periodically, when waste is generated, the LED operates for a cure cycle to cure a layer of liquid waste accumulated on the container floor or the cured resin in the container.

カートリッジが満杯になると、カートリッジを廃棄する前に、最終硬化ステップが行われる。液状樹脂は有害物質とみなされるので、カートリッジを廃棄する前に、シャワーヘッドの上の分配チャネル内に残っている残留樹脂を硬化させる必要がある。UV LEDを備えた第3PCAは、この目的のためにシャワーヘッドの上に配置することができる。廃棄物カートリッジが満杯になると、第3基板上のLEDが作動する。第3基板の作動は、シャワーヘッド270内に残っているすべての液状樹脂を硬化させる。最終硬化は、カートリッジの頂部の穴を密封するのにも役立つ。硬化した廃樹脂から多少の水が浸出することがあるので、そのような密封は望ましい。最終硬化ステップが行われると、シャワーヘッドのドリップ点は密封されるので、カートリッジはそれ以上使用できない。   When the cartridge is full, a final curing step is performed before discarding the cartridge. Since liquid resin is considered a hazardous substance, it is necessary to cure the residual resin remaining in the distribution channel above the showerhead before discarding the cartridge. A third PCA with UV LEDs can be placed on the showerhead for this purpose. When the waste cartridge is full, the LED on the third substrate is activated. The operation of the third substrate hardens all the liquid resin remaining in the shower head 270. Final curing also helps to seal the top hole of the cartridge. Such sealing is desirable because some water may leach out of the cured waste resin. Once the final cure step has taken place, the drip point of the showerhead is sealed so that the cartridge can no longer be used.

次に図27、図28、および図29を参照すると、それらは、廃棄物ダイバータ268の詳細をそれぞれ3つの異なる角度から示す。廃棄物流入管は廃棄物を中央位置300に滴下させ、そこでは遮蔽壁302が樹脂をUV穴304から遠ざけておく。表面のウィッキングチャネル306はダクトとして働き、4つの出口方向の各々の樹脂の流れを分割し、滴下する樹脂を4つの別々の方向に流動を始めさせる。   Referring now to FIGS. 27, 28, and 29, they show details of the waste diverter 268, each from three different angles. The waste inflow tube drip waste to the central location 300 where the shielding wall 302 keeps the resin away from the UV holes 304. The surface wicking channel 306 acts as a duct, splitting the resin flow in each of the four outlet directions and causing the dripping resin to start flowing in four separate directions.

廃棄物は、入口で小さい暫定的なリザーバとして役立つ中央位置300に滴下する。リザーバは、樹脂を4つのダイバータ経路全部の入口に均等に分散させる。リザーバの底部に小さいウィッキングチャネル306が形成される。これらは再び、リザーバの表面全体に樹脂を分散させるのに役立つ。チャネルは、それが無いので樹脂が片側に貯留し、全ての流路ではなく、流路の1つまたはもう1つに優先的にウィッキングし始める可能性がある場合に、流量を低下させることを目的とする。充分な樹脂がリザーバ内に蓄積されると、樹脂の液位が上昇し、流路の始点に合致する。流路の入口もウィッキング機能を取り込む。これらの目的は、樹脂が4つの経路全部に引き込まれることを確実にすることであり、再び流れが経路の1つか2つに優先的に流れ落ちることを防止する。   Waste drops at a central location 300 that serves as a small temporary reservoir at the entrance. The reservoir distributes the resin evenly at the inlets of all four diverter paths. A small wicking channel 306 is formed at the bottom of the reservoir. These again help to disperse the resin across the surface of the reservoir. Channels reduce flow when there is no possibility that the resin will accumulate on one side and start wicking preferentially to one or the other of the flow paths rather than all of the flow paths With the goal. When sufficient resin accumulates in the reservoir, the resin level rises and matches the starting point of the flow path. The inlet of the channel also incorporates the wicking function. Their purpose is to ensure that the resin is drawn into all four paths, again preventing the flow from preferentially flowing down one or two of the paths.

図30は、廃棄物ダイバータ268の略断面図であり、1つの入口310が4つの等間隔に配置された出口312、314、316、および318に分割されることを示す。   FIG. 30 is a schematic cross-sectional view of the waste diverter 268 showing that one inlet 310 is divided into four equally spaced outlets 312, 314, 316, and 318.

図31は、一緒に取り付けられた廃棄物ダイバータ268およびシャワーヘッド270を示す略断面図である。図示するように、廃棄物ダイバータの4つの出口はシャワーヘッドの4つの入口と合致し、均等に配置されたシャワーヘッド出口320に流れをさらに分割する。   FIG. 31 is a schematic cross-sectional view showing waste diverter 268 and showerhead 270 attached together. As shown, the four outlets of the waste diverter coincide with the four inlets of the showerhead and further divide the flow into equally spaced showerhead outlets 320.

次に図32、図33、および図34を参照すると、それらは、ノズルから滴下する樹脂の意図しない硬化のためノズルが目詰まりするのを防止する、シャワーヘッド270のノズルの構造を示す。必然的に、廃棄物ダイバータおよびシャワーヘッド両方におけるドリップ点の底部は、液滴が落下できるように露出させる必要がある。これは、迷走UV光が樹脂をそこで硬化させた場合に、目詰まりを起こし易くする。シャワーヘッドは使い捨てカートリッジの一部であり、したがって製品の寿命期間ではなく、カートリッジの寿命期間だけ目詰まりにならない状態を維持する必要がある。しかし、シャワーヘッドは廃棄物ダイバータより頻繁に、かつより大きい線量のUVに曝されるので、シャワーヘッドのドリップ点の保護も課題である。   Referring now to FIGS. 32, 33, and 34, they illustrate the nozzle structure of the showerhead 270 that prevents the nozzle from becoming clogged due to unintentional curing of the resin dripping from the nozzle. Inevitably, the bottom of the drip point in both the waste diverter and the showerhead needs to be exposed so that the droplet can fall. This makes clogging more likely when stray UV light cures the resin there. The showerhead is part of the disposable cartridge and therefore needs to be kept clogged only for the lifetime of the cartridge, not the lifetime of the product. However, since the showerhead is exposed to UV doses more frequently and than a waste diverter, protecting the drip point of the showerhead is also a challenge.

したがって、依然としてそれらと接触している間に樹脂が硬化し、したがってそれらを密封するのを防止するために、廃棄物ダイバータおよびシャワーヘッドの両方におけるドリップ点を、迷走UVから保護しなければならない。これは、上述の通り、ドリップノズル332の周りにランプシェード構造330を形成するように配設することのできる、遮蔽壁を組み込むことにより達成することができる。廃棄物ダイバータ268では、ランプシェード構造330は、カートリッジの挿置および取外しを可能にするための最小限の隙間だけを残して、シャワーヘッド270の頂部の下まで延ばすことができる。一部の実施形態では、廃棄物ダイバータ268はプリンタの寿命期間にわたって存続するように意図されているので、保護はできるだけ完全であることが好ましい。   Therefore, to prevent the resin from curing while still in contact with them and thus sealing them, the drip points in both the waste diverter and the showerhead must be protected from stray UV. This can be accomplished by incorporating a shielding wall that can be arranged to form a lampshade structure 330 around the drip nozzle 332 as described above. In the waste diverter 268, the lamp shade structure 330 can extend below the top of the showerhead 270, leaving only minimal clearance to allow cartridge insertion and removal. In some embodiments, the waste diverter 268 is intended to persist over the life of the printer, so that protection is preferably as complete as possible.

シャワーヘッド270のドリップ点320もまた、図31に見られるように、UVへのそれらの曝露を最小化するためにランプシェード構造330を有する。ランプシェード構造330の大きさを決める上でトレードオフすべき幾つかのパラメータが存在する。最初のパラメータは内壁から先端までの角度である。実験的に、50°未満の夾角334(図33参照)は、本実施形態のLED/リフレクタ/ドリップ点の構成に対し充分な保護をもたらすことが見いだされた。第2のパラメータは内径である。内径がドリップ点に近すぎる場合、樹脂はドリップ点とランプシェードの内壁との間で橋絡しかねず、ドリップ案内部ではなくランプシェードから滴下し始め、結果的につらら石が形成されるかもしれない。つらら石の形成を防止するのに役立つ別の特徴は、ドロップ点およびランプシェードの根元の半径である。ここで半径が大きいと、ドリップ点からランプシェードへの樹脂のウィッキングが阻止される。   The drip point 320 of the showerhead 270 also has a lamp shade structure 330 to minimize their exposure to UV, as seen in FIG. There are several parameters that should be traded off in determining the size of the lampshade structure 330. The first parameter is the angle from the inner wall to the tip. Experimentally, a depression angle 334 of less than 50 ° (see FIG. 33) has been found to provide sufficient protection for the LED / reflector / drip point configuration of this embodiment. The second parameter is the inner diameter. If the inner diameter is too close to the drip point, the resin may bridge between the drip point and the inner wall of the lampshade and begin to drip from the lampshade rather than the drip guide, resulting in the formation of icicle stones. unknown. Another feature that helps prevent the formation of icicles is the drop point and the root radius of the lampshade. Here, if the radius is large, wicking of the resin from the drip point to the lamp shade is prevented.

最後のトレードオフパラメータは高さである。直径が大きくなればなるほど(つらら石の防止には望ましい)、かつ先端の夾角が小さければ小さいほど(ドリップ点の保護の観点から望ましい)、ランプシェードの高さを高くする必要がある。しかし、ランプシェードの高さが高ければ高いほど、カートリッジの使用可能な高さは小さくなる。課題は、カートリッジの使用可能な容積を最大するために、ランプシェードの直径をつらら石の形成を防止する最小の直径にし、かつ目詰まりを防止する最大の夾角にすることである。   The last trade-off parameter is height. The higher the diameter (desirable for preventing icicle stones) and the smaller the angle of depression at the tip (desired from the viewpoint of protecting the drip point), the higher the lamp shade height is required. However, the higher the lampshade height, the smaller the usable height of the cartridge. The challenge is to maximize the usable volume of the cartridge by making the lampshade diameter the smallest diameter that prevents the formation of icicles and the maximum depression angle that prevents clogging.

次に図35を参照すると、それは、不適切に遮蔽されたノズル338におけるつらら石336の形成を示す。つらら石はノズルを目詰まりさせ、満杯になるずっと前にカートリッジを役に立たなくする。   Referring now to FIG. 35, it shows the formation of icicle stone 336 in the nozzle 338 which is improperly shielded. Icicle stones clog the nozzles and make the cartridge useless long before it is full.

次に図36を参照すると、それは、LEDランプ340がカートリッジの両側に設置されたシャワーヘッド270の下面図である。この図は、できるだけ均一な硬化をもたらすシャワーヘッド270のドリップ点の周りのLEDランプ340の配置を示す。   Referring now to FIG. 36, it is a bottom view of the shower head 270 with LED lamps 340 installed on both sides of the cartridge. This figure shows the placement of the LED lamp 340 around the drip point of the showerhead 270 that provides as uniform cure as possible.

廃棄物硬化システムの設計における課題の1つは、つらら石/石筍が形成される場合でも、均等なUV露光を確実にすることであった。この課題に応えるには、LED340およびドリップ点320の相互の配置構成に特別な注意を払う必要がある。ドリップ点320は、8つの傾斜したカラムに、各々3つずつ配置される。同時に、本実施形態の各UV LED担持側面ストリップ290に、8個のLEDが存在する。この配置構成は、全ての液滴の着地領域が3〜4個のLEDから見通せることを確実にするので、該領域は、たとえつらら石/石筍が形成され、一方向または他の方向から遮られても、LED露光が得られる。図36の配置構成は、陰によって生じる未硬化樹脂の貯留を防止するのに有効であった。   One of the challenges in the design of the waste curing system has been to ensure uniform UV exposure even when icicle stones / sarcophagus are formed. To meet this challenge, special attention must be paid to the mutual arrangement of the LED 340 and the drip point 320. Three drip points 320 are arranged on each of the eight inclined columns. At the same time, there are 8 LEDs in each UV LED carrying side strip 290 of this embodiment. This arrangement ensures that all drop landing areas are visible from 3-4 LEDs, so that the areas are formed of icicle stones / stone walls and blocked from one direction or the other. Even LED exposure is obtained. The arrangement configuration of FIG. 36 was effective in preventing the storage of uncured resin caused by shadows.

次に図37を参照すると、それは本発明の実施形態に係る印刷廃棄物処分プロセスの仮想廃棄物パイプライン(VWP)モデルを示す。VWPは、樹脂の流れならびにUV曝露の必要量およびタイミングを計算するために、プリンタにおける実際の廃棄物パイプラインをモデル化する。   Referring now to FIG. 37, which shows a virtual waste pipeline (VWP) model of a printed waste disposal process according to an embodiment of the present invention. VWP models the actual waste pipeline in the printer to calculate resin flow and UV exposure requirements and timing.

UV線量制御には幾つかの課題がある。材料に対する適切な線量を適用すること、正しい量の材料がカートリッジに到着したときに適用のタイミングを図ること、および過少または過剰適用しないことである。VWPモデルはこれらの課題の克服に役立つ。高いレベルで、VWPは、様々な材料、異なる種類の作業に関連付けられる変動する容積、および廃棄物をカートリッジに移送するためのタイミング差だけでなく、それらが組み合された効果をも考慮して、投与のタイミングを調整することを可能にする。この仮想パイプラインは、製品が現場で遭遇する著しく多様な条件を補完するために使用することができる。   There are several problems with UV dose control. Applying the appropriate dose to the material, timing the application when the correct amount of material arrives at the cartridge, and not under- or over-applying. The VWP model helps overcome these challenges. At a high level, VWP takes into account not only the various materials, the variable volumes associated with different types of work, and the timing differences for transferring waste to the cartridge, but also the combined effects of them. , Allowing the timing of administration to be adjusted. This virtual pipeline can be used to supplement the vast variety of conditions that products encounter in the field.

UV線量は廃棄物硬化性能に効果を有する。所与の条件(樹脂の種類、流量)に対し良好に作用する線量の範囲が存在する。したがって線量を厳密に明確にする必要はない。しかし、UV露光が多すぎたり少なすぎたりすると、上述したような問題を引き起こすことがある。適用のタイミングも関係する。硬化事象の間に容器内に形成される層が厚すぎる場合、層の下方部分に含まれる材料は、適用量が過少になる。他方、硬化事象の発生が早すぎる場合、硬化事象が実行されるときに、全部の材料は容器内に入っていないことがある。この結果、次の硬化サイクルの層の厚さが高すぎることになる。   UV dose has an effect on waste curing performance. There is a range of doses that works well for a given condition (resin type, flow rate). Therefore, the dose need not be rigorously defined. However, too much or too little UV exposure can cause problems as described above. The timing of application is also relevant. If the layer formed in the container during the curing event is too thick, the material contained in the lower part of the layer will be underapplied. On the other hand, if the curing event occurs too early, not all material may be in the container when the curing event is performed. This results in the layer thickness of the next curing cycle being too high.

上述の通り、UV光の過剰線量は石筍の形成を導くことがあり得、かつ目詰まりおよびしたがって硬化陰(石筍構造によって生じる)を引き起こす。UV光の過少線量は、それ以上硬化することのできない液状樹脂を含む中空を導くことがあり得る。異なる材料に必要な線量は異なり、ある種類の樹脂にとっての過少線量は、別の種類の樹脂にとって過剰線量であるかもしれない。   As mentioned above, excessive doses of UV light can lead to the formation of sarcophagus and cause clogging and thus a hard shadow (caused by the sarcophagus structure). Underdose of UV light can lead to a hollow containing liquid resin that cannot be cured any further. The doses required for different materials are different and an underdose for one type of resin may be an overdose for another type of resin.

VWPモデルは、廃樹脂材の体積に硬化係数を掛けた値に対応する適用量単位(DU)に基づいており、硬化係数は、前記樹脂材のUVエネルギに対する硬化応答に直接関係する。廃樹脂が「純粋」である(1種類の樹脂から構成される)場合、単一の硬化係数が適用される。他方、廃樹脂が「複合」材である(2種類以上の樹脂を含む)場合、幾つかの硬化係数が適用され、各々の硬化係数が回収された各樹脂材のそれぞれの体積に適用される。特定の各樹脂材の廃棄体積の決定は、廃棄物が回収されるまで物体の印刷に使用された樹脂の量(各樹脂材により印刷されたボクセル数を知る)およびローラによってまたは印刷ヘッドの洗浄事象中に除去された廃棄材料の量に基づいて計算することができる。DUモデルはパイプラインに沿って様々な入口に適用されるので、異なる源からの実際の廃樹脂がカートリッジに到達するまでに掛かる時間をモデル化することができる。一般的に3つの異なる廃棄物発生事象が存在する。1つは廃棄材料がローラによって除去されることであり、他の2つは、保守ステーションにおける印刷ヘッドの洗浄事象によって生じる。印刷は印刷ヘッドおよびノズルを用いて実行され、ローラは表面上を通過してモップ掛けを行い、材料の約20%、より一般的には10〜30%を除去する。その結果、印刷材料の体積が得られ、どれだけの廃棄材料が生じたかを推測することができる。この推測は、必要な硬化エネルギの量についての手引きになる。   The VWP model is based on a dosage unit (DU) corresponding to the volume of the waste resin material multiplied by the curing coefficient, and the curing coefficient is directly related to the curing response of the resin material to UV energy. If the waste resin is “pure” (composed of one type of resin), a single cure coefficient is applied. On the other hand, if the waste resin is a “composite” material (including two or more resins), several curing coefficients are applied, and each curing coefficient is applied to the respective volume of each recovered resin material. . Determining the waste volume of each specific resin material is determined by the amount of resin used to print the object (knowing the number of voxels printed by each resin material) and the roller or by cleaning the print head until the waste is collected Calculations can be based on the amount of waste material removed during the event. Since the DU model is applied to various inlets along the pipeline, the time it takes for the actual waste resin from different sources to reach the cartridge can be modeled. There are generally three different waste generation events. One is that the waste material is removed by the roller, and the other two is caused by a printhead cleaning event at the maintenance station. Printing is performed using a print head and nozzles, and the rollers are moped across the surface to remove about 20%, more typically 10-30% of the material. As a result, the volume of printing material is obtained and it can be estimated how much waste material has been produced. This guess provides guidance on the amount of curing energy required.

一部の実施形態では、廃棄材料は管内をカートリッジまでゆっくり流れる。上述の通り、重力は主要な供給因子であるので、推定と硬化の実施との間に時間がある。主要な供給因子としての重力により、速度はいつでも発生する廃棄物の量に依存する。発生する廃棄物が多ければ多いほど、廃樹脂は管内を速く供給される。これらの複雑さは、硬化しにくい樹脂の過少線量および硬化し易い樹脂の過剰線量を防止する、全ての適用量に適合する1つのサイズというものは無いことを意味する。同じことは適用のタイミングについてもいえる。あらゆる状況で材料の過剰硬化および過少硬化を防止するような、硬化事象間または保守後の単一のタイミングは存在しない。これらの問題に対処するために、図37のVWPモデルを使用することができる。   In some embodiments, the waste material flows slowly through the tube to the cartridge. As mentioned above, gravity is a major supply factor, so there is time between estimation and the performance of curing. Due to gravity as the main supply factor, the speed depends on the amount of waste generated at any time. The more waste that is generated, the faster the waste resin is fed into the tube. These complications mean that there is no one size that fits all application quantities to prevent under- and under-dose of hard-to-cure resins. The same is true for the timing of application. There is no single timing between cure events or after maintenance that prevents over and under cure of the material in all situations. To address these issues, the VWP model of FIG. 37 can be used.

用量ユニットは樹脂材料に適用され、再び廃棄物カートリッジにおける予想量を推定することを可能にする。印刷ヘッドを洗浄するプロセスもまた廃棄物をもたらし、少量であるが、再び予測可能である。   The dose unit is applied to the resin material and again makes it possible to estimate the expected amount in the waste cartridge. The process of cleaning the print head also results in waste and is small but predictable again.

(1)廃棄材料を累積し、かつ(2)所定の堆積閾値に達したときに前記累積された廃棄材料を解放するために、洗浄ステーション近くの小さいタンクおよび/またはローラを含む、1つ以上のアキュムレータを追加することが可能である。アキュムレータによって解放された廃棄材料の体積が分かると、カートリッジに到達しかつ硬化を必要とする樹脂の量がずっと正確に分かり、適切な硬化エネルギ(またはDU)を適用することができる。アキュムレータはまた、廃棄材料を所定の速度でパイプラインに導入するために使用することもできる。大量の廃棄材料を発生する事象(例えば洗浄ステーションで印刷ヘッド材料が空になる事象)が生じた場合に、速度制限機能は重要であり、硬化システムに入る廃棄材料の量を制御することができる。これもまた、適用されるDUのより厳格な制御を可能にする。   One or more including a small tank and / or roller near the cleaning station to (1) accumulate waste material and (2) release the accumulated waste material when a predetermined deposition threshold is reached It is possible to add more accumulators. Once the volume of waste material released by the accumulator is known, the amount of resin that reaches the cartridge and needs to be cured can be determined much more accurately and appropriate curing energy (or DU) can be applied. The accumulator can also be used to introduce waste material into the pipeline at a predetermined rate. In the event of an event that generates a large amount of waste material (for example, an event where the print head material is emptied at the cleaning station), the speed limiting function is important and can control the amount of waste material entering the curing system . This also allows for tighter control of the applied DU.

VWPモデルでは、パイプライン自体をセルに分割することができる。DUは、そのセルの現在の総DUに追加される。設定可能な間隔で、セルの中身は全て次のセルに移される。パイプライン356の終端部で、最後のセルの中身がカートリッジセル358に加えられる。   In the VWP model, the pipeline itself can be divided into cells. The DU is added to the current total DU for that cell. All contents of a cell are moved to the next cell at a configurable interval. At the end of the pipeline 356, the contents of the last cell are added to the cartridge cell 358.

充分な樹脂がカートリッジに到達すると、(特定の数のDUを適用して)硬化サイクルが開始され、カートリッジセル内の樹脂はゼロになる。このサイクルは印刷プロセス中ずっと続く。   When enough resin reaches the cartridge, a cure cycle is initiated (applying a specific number of DUs) and the resin in the cartridge cell is zero. This cycle continues throughout the printing process.

図37は、ローラからだけでなく、洗浄ステーションに関連付けられた2つの樹脂廃棄物源352および354からの樹脂の蓄積350をも示す。樹脂は定常流量で管356内を流れるので、カートリッジセル358の到着時間は、移動しなければならない管の長さに依存する。硬化エネルギのタイミングを樹脂の到着に合せることができるように、各事象の計算に遅延を入力することができる。   FIG. 37 shows resin accumulation 350 from two resin waste sources 352 and 354 associated with the cleaning station as well as from the rollers. Since the resin flows through the tube 356 at a steady flow rate, the arrival time of the cartridge cell 358 depends on the length of the tube that must travel. A delay can be entered in the calculation of each event so that the timing of the curing energy can be matched to the arrival of the resin.

本出願から成熟する特許の存続期間の期間中には、多くの関連する付加製造技術が開発されることが予想され、「付加製造」の用語の範囲は、すべてのそのような新しい技術を先験的に包含することが意図される。   During the lifetime of a patent that matures from this application, many related additive manufacturing technologies are expected to be developed, and the scope of the term “additive manufacturing” precedes all such new technologies. It is intended to be included experimentally.

用語「含む/備える(comprises、comprising、includes、including)」、「有する(having)」、およびそれらの同根語は、「含むが、それらに限定されない(including but not limited to)」ことを意味する。   The terms “comprises, comprising, includings, including”, “having”, and their equivalents mean “including, but not limited to, including”. .

用語「からなる(consisting of)」は、「含み、それらに限定される(including and limited to)」ことを意味する。   The term “consisting of” means “including and limited to”.

本明細書中で使用される場合、単数形態(「a」、「an」および「the」)は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数の参照物を包含する。   As used herein, the singular forms (“a”, “an”, and “the”) include plural references unless the context clearly indicates otherwise.

明確にするため別個の実施形態の文脈で説明されている本発明の特定の特徴が、単一の実施形態に組み合わせて提供されることもでき、上述の記述は、あたかもこの組み合わせが明示的に記載されているかのように解釈されるべきであることは分かるであろう。逆に、簡潔にするため単一の実施形態で説明されている本発明の各種の特徴は別個にまたは適切なサブコンビネーションで、あるいは本発明の他の記載される実施形態において好適なように提供することもでき、上述の記述は、あたかもこれらの別個の実施形態が明示的に記載されているかのように解釈されるべきである。種々の実施形態の文脈において記載される特定の特徴は、その実施形態がそれらの要素なしに動作不能である場合を除いては、それらの実施形態の不可欠な特徴であると見なされるべきではない。   Certain features of the invention that are described in the context of separate embodiments for clarity can also be provided in combination in a single embodiment, and the above description is as if this combination was explicitly It should be understood that it should be interpreted as described. On the contrary, the various features of the invention described in a single embodiment for the sake of brevity are provided separately or in suitable subcombinations or as preferred in other described embodiments of the invention. The above description should be construed as if these separate embodiments are explicitly described. Certain features that are described in the context of various embodiments should not be considered essential features of those embodiments, unless that embodiment is inoperable without those elements. .

本発明はその特定の実施態様によって説明してきたが、多くの別法、変更および変形があることは当業者には明らかであることは明白である。従って、本発明は、本願の請求項の精神と広い範囲の中に入るこのような別法、変更および変形すべてを包含するものである。   While the invention has been described in terms of specific embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that there are many alternatives, modifications, and variations. Accordingly, the present invention is intended to embrace all such alternatives, modifications and variations that fall within the spirit and broad scope of the appended claims.

本明細書で挙げた刊行物、特許および特許出願はすべて、個々の刊行物、特許および特許出願が各々あたかも具体的にかつ個々に引用提示されているのと同程度に、全体を本明細書に援用するものである。さらに、本願で引用または確認したことは本発明の先行技術として利用できるという自白とみなすべきではない。節の見出しが使用されている程度まで、それらは必ずしも限定であると解釈されるべきではない。   All publications, patents, and patent applications cited herein are hereby incorporated in their entirety as if each individual publication, patent and patent application was specifically and individually cited. It is intended to be used. Furthermore, citation or confirmation in this application should not be considered as a confession that it can be used as prior art to the present invention. To the extent that section headings are used, they should not necessarily be construed as limiting.

Claims (20)

付加製造の過程で廃インクを発生する付加製造機器であって、
付加製造位置から廃インクを回収するように構成された廃インク回収装置と、
回収後に前記廃インクを硬化するように構成された廃インク硬化装置と、
を備えた機器。
An additional manufacturing device that generates waste ink in the process of additional manufacturing,
A waste ink recovery device configured to recover waste ink from an additional manufacturing location;
A waste ink curing device configured to cure the waste ink after collection;
With equipment.
前記廃インク硬化装置は、
液状の廃インクを回収する回収カートリッジと、
廃インクを硬化させる硬化エネルギ源と、
を含む、請求項1に記載の付加製造機器。
The waste ink curing device includes:
A collection cartridge for collecting liquid waste ink;
A curing energy source for curing the waste ink;
The additive manufacturing apparatus according to claim 1, comprising:
前記廃インク硬化装置は、前記インクが前記カートリッジ内に均等に分配されているときに、前記硬化エネルギ源を作動させるスイッチをさらに含む、請求項2に記載の付加製造機器。   The additive manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the waste ink curing device further includes a switch that activates the curing energy source when the ink is evenly distributed in the cartridge. 前記スイッチは、前記カートリッジ内に滴下する前記廃インクの液滴が合流する時間を見越して、前記硬化エネルギ源の作動を遅延させるように構成される、請求項3に記載の付加製造機器。   The additive manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the switch is configured to delay the operation of the curing energy source in anticipation of a time when the waste ink droplets dripping into the cartridge join. 前記廃インク回収装置は、
ローラからまたは印刷ヘッドの保守作業から前記廃インクを回収するためのリザーバと、
回収カートリッジ全体に均等に分散されたドリップ点に前記廃インクを分配するための配管システムと、
を含む、請求項1に記載の付加製造機器。
The waste ink recovery device includes:
A reservoir for collecting the waste ink from a roller or from a printhead maintenance operation;
A piping system for distributing the waste ink to drip points distributed evenly throughout the collection cartridge;
The additive manufacturing apparatus according to claim 1, comprising:
前記廃インク回収カートリッジは、前記廃インク回収カートリッジ全体に前記廃インクを均等に分配するための分散ドリップ点のアレイを含む、請求項2に記載の付加製造機器。   3. The additive manufacturing apparatus of claim 2, wherein the waste ink collection cartridge includes an array of distributed drip points for distributing the waste ink evenly throughout the waste ink collection cartridge. 前記硬化エネルギ源は、前記カートリッジ全体にエネルギを均等に放射するように配置される、請求項2に記載の付加製造機器。   The additive manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the curing energy source is arranged to radiate energy evenly over the entire cartridge. 前記硬化エネルギ源は、発光ダイオードのバンクを含む、請求項7に記載の付加製造機器。   The additive manufacturing apparatus of claim 7, wherein the curing energy source comprises a bank of light emitting diodes. 前記硬化エネルギ源は、前記カートリッジに沿って片側に向けて長さ方向に配置される、請求項7に記載の付加製造機器。   The additive manufacturing apparatus according to claim 7, wherein the curing energy source is disposed in a length direction toward one side along the cartridge. 前記ドリップ点は、廃インクが前記ドリップ点から滴下する前に硬化されるのを防止するために、前記硬化エネルギ源からの硬化エネルギに対する遮蔽物を含む、請求項7に記載の付加製造機器。   8. The additive manufacturing apparatus of claim 7, wherein the drip point includes a shield against curing energy from the curing energy source to prevent waste ink from being cured before dripping from the drip point. 前記遮蔽物は各ドリップ点を包囲するフードを含む、請求項10に記載の付加製造機器。   The additive manufacturing apparatus according to claim 10, wherein the shield includes a hood surrounding each drip point. 滴下を方向付ける吐出シャベルを各ドリップ点の下にさらに含む、請求項10に記載の付加製造機器。   11. The additive manufacturing equipment of claim 10, further comprising a discharge shovel that directs drip under each drip point. 前記硬化エネルギ源は3つのダイオードバンクを含み、第1ダイオードバンクは前記カートリッジの第1側に長さ方向に配置され、第2ダイオードバンクは前記カートリッジの第2側に長さ方向に配置され、かつ第3ダイオードバンクは前記出口点の上に長さ方向に配置され、前記第3ダイオードバンクは、前記カートリッジが満杯状態に達した後に、1回動作して未滴下インクを硬化するように構成される、請求項7に記載の付加製造機器。   The curing energy source includes three diode banks, the first diode bank is disposed longitudinally on the first side of the cartridge, and the second diode bank is disposed longitudinally on the second side of the cartridge; The third diode bank is disposed in the length direction above the exit point, and the third diode bank is configured to operate once and harden the undropped ink after the cartridge reaches the full state. The additive manufacturing apparatus according to claim 7. 前記カートリッジは、前記カートリッジ内の廃インクの現在の液位を検出し、それによって前記カートリッジが満杯のときにそれを決定する液位検出器を含む、請求項13に記載の付加製造機器。   14. The additive manufacturing apparatus of claim 13, wherein the cartridge includes a liquid level detector that detects a current liquid level of waste ink in the cartridge, thereby determining when the cartridge is full. 前記液位検出器は、前記廃インクに包囲されたとき以外は内部全反射を生じるように選択された屈折率を有するプリズムを含む、請求項14に記載の付加製造機器。   15. The additive manufacturing apparatus according to claim 14, wherein the liquid level detector includes a prism having a refractive index selected to produce total internal reflection except when surrounded by the waste ink. 前記硬化エネルギ源は、各々が前記カートリッジの床に対して斜角に向けられた第1ダイオードバンクおよび第2ダイオードバンクを含む、請求項7に記載の付加製造機器。   8. The additive manufacturing equipment of claim 7, wherein the curing energy source includes a first diode bank and a second diode bank, each oriented at an oblique angle with respect to the floor of the cartridge. 前記廃インク硬化装置は、付加製造装置から廃インクを受け取るためのカートリッジを含み、前記カートリッジは分配ヘッドと、硬化源と、容器とを含み、分配ヘッドは入口管と、前記カートリッジ全体に分散されたドリップ点のアレイとを含み、前記ドリップ点は、前記硬化源からの直接照射から保護するため、それぞれ遮蔽物で包囲され、前記硬化源は、前記容器の周りに配設された複数の放射位置を含む、請求項1に記載の付加製造機器。   The waste ink curing device includes a cartridge for receiving waste ink from an additive manufacturing device. The cartridge includes a distribution head, a curing source, and a container. The distribution head is distributed over the inlet tube and the cartridge. An array of drip points, each of the drip points being surrounded by a shield to protect against direct irradiation from the curing source, the curing source being a plurality of radiation disposed around the container The additive manufacturing device of claim 1, comprising a location. 前記ドリップ点の各々の下であって前記遮蔽物内にドリップ案内シャベルをさらに含む、請求項17に記載の付加製造機器。   18. The additive manufacturing device of claim 17, further comprising a drip guide shovel below each of the drip points and within the shield. 前記カートリッジが満杯になったときに前記分配ヘッド内に残っているインクを硬化するための第2硬化源を前記分配ヘッド内にさらに含む、請求項17又は18に記載の付加製造機器。   19. The additive manufacturing device of claim 17 or 18, further comprising a second curing source in the dispensing head for curing ink remaining in the dispensing head when the cartridge is full. 前記第2硬化源は、発光ダイオードのバンクを含む、請求項19に記載の付加製造機器。   20. The additive manufacturing equipment of claim 19, wherein the second curing source comprises a bank of light emitting diodes.
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